香港科技大学唐本忠院士、林荣业教授团队《AFM》:新型无金属催化聚合制备生物胺和肠道pH可视化的AIE荧光探针

对生物体内外酸碱平衡进行快速灵敏、准确有效的实时监测在生理学研究和临床诊断中都扮演着举足轻重的角色。然而，如何简单、高效地获得在宽至生理pH范围(3.50-7.50)内均可定量检测的材料并不是易事。近日，香港科技大学唐本忠院士、林荣业教授团队开发出一种无金属催化 “一锅法”多组分聚合方法，成功制备出一系列多功能含氮杂环聚合物，与聚集诱导发光基元相结合后发展了多种酸碱平衡可视化应用，包括胺类气体检测、食品腐败监控、溶酶体靶向细胞成像、比例型荧光探针及其在圆水蚤肠道内pH分布可视化等。

图1. 具聚集诱导发光的多功能聚杂环化合物在酸碱平衡可视化的应用

该聚合路线以简单易得的二炔、二醛和尿素及其衍生物作为单体，在三氟乙酸和乙酸的共同催化下地生成产率高达99.9%、重均分子量高达49900的含氮、氧/硫的六元杂环聚合物。该杂环上亚胺（C=N）上的氮原子碱性较强，在不同酸碱性环境中会发生可逆的质子化/去质子化反应。质子化后的杂环吸电子能力大大增强，而后分子内电荷转移过程将引起聚合物光物理性质的系列变化。

图2. “一锅法”无金属催化炔-醛-胺多组分聚合生成含氮杂化聚合物

随后，通过单体设计将具有聚集诱导发光的结构单元嵌入聚合物骨架中，赋予了该聚合物强固态发光和荧光强度/波长对到酸碱响应的可逆变化的特性，在多种应用场景表现出优异的性能：

1）含四苯基乙烯结构单元的聚合物薄膜能够以灵敏、快速和可逆的方式实现了氨气和生物胺的“点亮型”荧光检测；

2）预处理（酸化）后聚合物薄膜对虾和扇贝的食品腐败检测有望进一步发展便携式检测原型机；

3）相较于小分子模型化合物，高分子量的聚合物纳米粒子显示出更优异的溶酶体定位和染色能力；

4）含三乙胺基团的聚合物纳米粒子实现了宽pH线性响应范围（pH 1-9）的比例型pH荧光检测；

5）在Matlab软件中处理荧光照片灰度值在荧光强度-pH曲线的对应关系，实现了圆水蚤肠道内pH准确分布的荧光可视化。

图3. 对氨气及胺类气体快速、可逆、灵敏的荧光检测

图4. 宽响应范围的比例型pH荧光探针及其在圆水蚤肠道内pH分布可视化的应用

该工作以“Visualization of Biogenic Amines and In Vivo Ratiometric Mapping of Intestinal pH by AIE-Active Polyheterocycles Synthesized by Metal-Free Multicomponent Polymerizations”为题发表于Advanced Functional Materials。

全文链接：

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adfm.201902240

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