[发明专利]多波长调控的光开关荧光聚合物纳米粒子的制备及其应用

说明书

本发明公开了多波长调控的光开关荧光聚合物纳米粒子的制备及其应用，利用荧光共振能量转移原理(FRET)，以甲基丙烯酸甲酯(MMA)、绿色光开关荧光染料(SP‑PDI)和光致变色化合物二芳基乙烯(DTE‑BA)为主要原料，采用细乳液聚合法制备了一种多波长调控的光开关荧光聚合物纳米粒子。该纳米粒子的粒径小，水分散性好，能在两种紫外光和可见光的照射下表现出快速、可逆的荧光开关的特性。相比于现有的光开关荧光聚合物纳米粒子，本发明得到的光开关荧光聚合物纳米粒子具有多层次光开关能力，投入成本较低，合成路线简单等优点，适于放大合成和实际生产应用，在逻辑门、显示材料等技术领域有着巨大的应用前景。

技术领域

本发明属于化学材料制备、显示材料技术领域，尤其是多波长调控的光开关材料的制备和应用，具体地说，涉及涉及基于含有绿色光开关荧光染料SP-PDI和具有光致变色特性的二芳基乙烯化合物DTE-BA的可逆光开关荧光聚合物纳米粒子制备及其应用。

背景技术

光开关荧光聚合物纳米粒子通过引入荧光生色团或光开关化合物来调节荧光的颜色或明/暗状态。这种核-壳结构的聚合物纳米粒子为有机染料分子提供了疏水环境，有利于增加其在水相中的浓度从而提高其在水相体系中的荧光强度，还可以减少其在生物应用中可能产生的毒性，并且纳米粒子的粒径较小，水分散性好，具有较好的生物相容性等优点。

光开关荧光聚合物纳米粒子在化学传感、荧光显微镜技术以及显示材料等领域具有很大的应用潜力。对于光开关单色荧光聚合物纳米粒子来说，其信号依赖于荧光明-暗的对比度，受到外界影响较大。为了克服上述问题，将具有光开关性质的化合物与能级匹配的荧光给体染料结合到聚合物纳米粒子中制备成光开关荧光聚合物纳米粒子，可以实现双色光开关荧光的变化。而对于发射光谱有部分重叠的双色荧光开关体系而言，双色荧光显然已经不能满足目前的需求，需要通过引入另一种具有光开关性质的化合物作为受体，从而实现荧光的明-暗状态的可逆调控，基于二芳基乙烯的多波长调控的光开关荧光聚合物纳米粒子的出现为此提供了一种有效的途径。

二芳基乙烯类化合物由于具有优异的光开关性能成为了科研人员研究的热门方向。目前，科学家们进行不断地尝试，开发出了一些具有逻辑门功能的二芳基乙烯化合物。田禾等人通过在二芳基乙烯上引入萘酰亚胺和哌嗪的衍生物和D-半乳糖基团分别赋予分子荧光性质以及增加其水溶性。该分子可以通过紫外光/可见光和三氟乙酸/三乙胺实现光和pH值调控分子荧光颜色，作者进一步将其应用在以荧光信号为输出的“禁止”门逻辑电路(X.Chai,Y.X.Fu,T.D.James,J.Zhang,X.P.He,H.Tian,Photochromism and molecularlogic gate operation of a water-compatible bis-glycosyldiarylethene.Chem.Commun.,2017,53,9494-9497.)。Soo Young Park等人利用光开关荧光化合物二芳基乙烯CF3-BPDBTEO和温敏性的溶胶-凝胶分子CN-TFMBE共混得到混合溶胶-凝胶体系。该分子可以通过紫外光/可见光和高/低温实现光和温度调控分子的荧光颜色和状态，作者进一步将其应用在以荧光信号为输出的复合逻辑电路(D.Kim,J.E.Kwon,S.Y.Park,Adv.Funct.Mater.2018,28,1706213.)。但是这些都是基于二芳基乙烯小分子的逻辑门的应用，且采用不同的刺激条件(光，pH，温度)才能达到不同的荧光颜色或者状态，如何开发出一种具有逻辑门功能的全光控光开关荧光聚合物体系的材料成为了急需突破的难题。

因此，发明一种简单、低成本、全光控的可逆光开关荧光聚合物纳米粒子就有着相当重要的现实意义和应用前景，有鉴于此特提出本发明。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于克服现有技术的不足，提供一种多波长调控的光开关荧光聚合物纳米粒子及其在逻辑门中的应用，为解决上述技术问题，本发明采用技术方案的基本构思是：