CN112852410A - 电化学发光活性粒子及其制备方法和应用 - Google Patents

电化学发光活性粒子及其制备方法和应用 Download PDF

Info

Publication number
CN112852410A
CN112852410A CN202110033026.6A CN202110033026A CN112852410A CN 112852410 A CN112852410 A CN 112852410A CN 202110033026 A CN202110033026 A CN 202110033026A CN 112852410 A CN112852410 A CN 112852410A
Authority
CN
China
Prior art keywords
electrochemiluminescence
solvent
polymer
group
alkoxy
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN202110033026.6A
Other languages
English (en)
Inventor
牛利
张保华
曾梓晖
罗野林
张玉微
陈丽娟
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Guangzhou University
Original Assignee
Guangzhou University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Guangzhou University filed Critical Guangzhou University
Priority to CN202110033026.6A priority Critical patent/CN112852410A/zh
Publication of CN112852410A publication Critical patent/CN112852410A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • C09K—MATERIALS FOR MISCELLANEOUS APPLICATIONS, NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE
    • C09K11/00—Luminescent, e.g. electroluminescent, chemiluminescent materials
    • C09K11/06—Luminescent, e.g. electroluminescent, chemiluminescent materials containing organic luminescent materials
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08J—WORKING-UP; GENERAL PROCESSES OF COMPOUNDING; AFTER-TREATMENT NOT COVERED BY SUBCLASSES C08B, C08C, C08F, C08G or C08H
    • C08J3/00—Processes of treating or compounding macromolecular substances
    • C08J3/12—Powdering or granulating
    • C08J3/126—Polymer particles coated by polymer, e.g. core shell structures
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • C09K—MATERIALS FOR MISCELLANEOUS APPLICATIONS, NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE
    • C09K11/00—Luminescent, e.g. electroluminescent, chemiluminescent materials
    • C09K11/02—Use of particular materials as binders, particle coatings or suspension media therefor
    • C09K11/025—Use of particular materials as binders, particle coatings or suspension media therefor non-luminescent particle coatings or suspension media
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/62—Systems in which the material investigated is excited whereby it emits light or causes a change in wavelength of the incident light
    • G01N21/63—Systems in which the material investigated is excited whereby it emits light or causes a change in wavelength of the incident light optically excited
    • G01N21/64—Fluorescence; Phosphorescence
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/75—Systems in which material is subjected to a chemical reaction, the progress or the result of the reaction being investigated
    • G01N21/76—Chemiluminescence; Bioluminescence
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08J—WORKING-UP; GENERAL PROCESSES OF COMPOUNDING; AFTER-TREATMENT NOT COVERED BY SUBCLASSES C08B, C08C, C08F, C08G or C08H
    • C08J2365/00—Characterised by the use of macromolecular compounds obtained by reactions forming a carbon-to-carbon link in the main chain; Derivatives of such polymers
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08J—WORKING-UP; GENERAL PROCESSES OF COMPOUNDING; AFTER-TREATMENT NOT COVERED BY SUBCLASSES C08B, C08C, C08F, C08G or C08H
    • C08J2471/00—Characterised by the use of polyethers obtained by reactions forming an ether link in the main chain; Derivatives of such polymers
    • C08J2471/02—Polyalkylene oxides
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • C09K—MATERIALS FOR MISCELLANEOUS APPLICATIONS, NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE
    • C09K2211/00—Chemical nature of organic luminescent or tenebrescent compounds
    • C09K2211/10—Non-macromolecular compounds
    • C09K2211/1003—Carbocyclic compounds
    • C09K2211/1007—Non-condensed systems
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • C09K—MATERIALS FOR MISCELLANEOUS APPLICATIONS, NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE
    • C09K2211/00—Chemical nature of organic luminescent or tenebrescent compounds
    • C09K2211/10—Non-macromolecular compounds
    • C09K2211/1018—Heterocyclic compounds
    • C09K2211/1025—Heterocyclic compounds characterised by ligands
    • C09K2211/1029—Heterocyclic compounds characterised by ligands containing one nitrogen atom as the heteroatom
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • C09K—MATERIALS FOR MISCELLANEOUS APPLICATIONS, NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE
    • C09K2211/00—Chemical nature of organic luminescent or tenebrescent compounds
    • C09K2211/14—Macromolecular compounds
    • C09K2211/1408—Carbocyclic compounds
    • C09K2211/1416—Condensed systems
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • C09K—MATERIALS FOR MISCELLANEOUS APPLICATIONS, NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE
    • C09K2211/00—Chemical nature of organic luminescent or tenebrescent compounds
    • C09K2211/14—Macromolecular compounds
    • C09K2211/1408—Carbocyclic compounds
    • C09K2211/1425—Non-condensed systems
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • C09K—MATERIALS FOR MISCELLANEOUS APPLICATIONS, NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE
    • C09K2211/00—Chemical nature of organic luminescent or tenebrescent compounds
    • C09K2211/14—Macromolecular compounds
    • C09K2211/1408—Carbocyclic compounds
    • C09K2211/1433—Carbocyclic compounds bridged by heteroatoms, e.g. N, P, Si or B
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • C09K—MATERIALS FOR MISCELLANEOUS APPLICATIONS, NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE
    • C09K2211/00—Chemical nature of organic luminescent or tenebrescent compounds
    • C09K2211/14—Macromolecular compounds
    • C09K2211/1441—Heterocyclic
    • C09K2211/1458—Heterocyclic containing sulfur as the only heteroatom
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • C09K—MATERIALS FOR MISCELLANEOUS APPLICATIONS, NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE
    • C09K2211/00—Chemical nature of organic luminescent or tenebrescent compounds
    • C09K2211/14—Macromolecular compounds
    • C09K2211/1441—Heterocyclic
    • C09K2211/1466—Heterocyclic containing nitrogen as the only heteroatom

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Immunology (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • Nuclear Medicine, Radiotherapy & Molecular Imaging (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Medicinal Chemistry (AREA)
  • Polymers & Plastics (AREA)
  • Investigating Or Analysing Materials By The Use Of Chemical Reactions (AREA)

Abstract

本申请公开了电化学发光活性粒子及其制备方法和应用。该电化学发光活性粒子包括内核和包覆内核的聚合物壳体，内核包括热活化延迟荧光材料。本申请实施例所提供的电化学发光活性粒子在热活化延迟荧光材料外侧添加了聚合物壳层，该电化学发光活性粒子在作为水相电化学发光体系中的发光材料使用时，基于聚合物壳层的环境阻隔作用，一方面去除了水环境中水的极性效应对热活化延迟荧光材料的影响，另一方面阻碍了水环境中的溶解氧与热活化延迟荧光材料的直接接触，充分抑制了氧气淬灭的影响。因而可以完全利用水相体系环境电激发条件下产生的全部单重态和三重态激子，以实现高效的电化学发光。

Description

电化学发光活性粒子及其制备方法和应用
技术领域
本申请涉及电化学发光技术领域，尤其是涉及电化学发光活性粒子及其制备方法和应用。
背景技术
电化学发光(Electrochemiluminescence或Electrogeneratedchemiluminescence，简称为ECL)是电激发活性物质，使其在电极表面发生高能电子转移反应，从而产生激发态并在跃迁回基态时辐射出光的过程。根据具体过程的不同，又可以进一步分为湮灭式电化学发光(annihilation ECL)和共反应剂电化学发光(co-reactantECL)。湮灭式ECL通过对工作电极施加交变电位，使电化学活性物质在电极表面发生自身氧化反应和还原反应，快速产生相应的阳离子自由基和阴离子自由基，这二者发生电子转移反应后生成激发态分子，激发态分子跃迁回基态时伴随辐射发光。共反应剂ECL是对工作电极施加单一方向的正电压(或负电压)，其中的共反应剂被氧化成强还原性中间体(或者被还原成强氧化性中间体)，与氧化后的发光体(或者还原后的发光体)之间发生电子转移反应产生发光体的激发态，其返回基态时实现光的发射。与化学发光相比，电化学发光通过结合电化学调制手段，获得的背景信号更低、信息更丰富，在获取高灵敏度、高信噪比、特异性识别等方面，具有显著的技术优势。
当前，由于免疫分析、核酸分析等超微量快速识别和检测的需要，水相检测体系逐渐成为分析化学研究的主要场景。伴随ECL材料和技术的发展，水相ECL(例如PBS缓冲溶液生理兼容体系)检测也逐渐发展成为ECL基础研究和应用研究的主要方向和应用领域。作为水相ECL检测的核心单元，水相ECL发光材料的开发至关重要。目前，水相ECL发光材料大体包括以下几类。第一类是传统金属配合物(例如三联吡啶钌化合物)，已经被广泛用于标记和生物分析等领域。第二类是无机量子点或纳米材料体系(例如CuInS2/ZnS、CsPbBr3钙钛矿量子点等)。以上两类水相ECL发光材料尽管发展较早，较为成熟，但是材料富含金属元素，来源稀缺，而且有的还有金属毒性，在成本、环保性质等方面，存在不足。相比之下，基于富碳结构组成的有机ECL发光体系，由于具有环保无毒、廉价易得、光电性质可调、且易于合成功能化、生物相容性好等优点，得到了人们的重视和发展。但是，当前不含贵金属的有机化合物或者聚合物，在水相ECL体系中仍旧面临发光效率不高的共同问题。
热活化延迟荧光(Thermally activated delayed fluorescence，简称TADF)有机发光材料是新一代有机光电材料，当前已广泛应用于有机电致发光二极管领域(Nature2012,492,234-238)。该类材料由于最低激发单重态与最低激发三重态之间的能隙非常小，因此可以通过环境的热激活使得三重态激子通过反向系间窜越回到单重态，进而实现100％全部激子的有效利用。在电化学发光领域，Ishimatsu等报道了小分子TADF发光材料在有机溶剂氛围下的ECL现象，结合光物理分析和湮灭式ECL表征分析，初步验证了TADF性质在提升ECL发光效率方面的有效性(Angew.Chem.Int.Ed.2014,53,6993-6996)。但是，TADF发光材料本质上属于电荷转移态(CT)发光，由于水相ECL测试环境水溶剂的高极性和自身高浓度溶解氧对TADF材料的破坏性影响及其自身低溶解性的问题，目前没有报道实现TADF体系的水相ECL。
发明内容
本申请旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本申请提出一种能够用于水相ECL的电化学发光活性粒子及其制备方法和应用。
本申请的第一方面，提供电化学发光活性粒子，该电化学发光活性粒子包括内核和包覆内核的聚合物壳体，内核包括热活化延迟荧光材料。
根据本申请实施例的电化学发光活性粒子，至少具有如下有益效果：
本申请实施例所提供的电化学发光活性粒子在热活化延迟荧光材料外侧添加了聚合物壳层，该电化学发光活性粒子在作为水相电化学发光体系中的发光材料使用时，基于聚合物壳层的环境阻隔作用，一方面去除了水环境中水的极性效应对热活化延迟荧光材料的影响，另一方面阻碍了水环境中的溶解氧与热活化延迟荧光材料的直接接触，充分抑制了氧气淬灭的影响。因而可以完全利用水相体系环境电激发条件下产生的全部单重态和三重态激子，保持其发光性质，实现高效的电化学发光。
根据本申请的一些具体实施方式，聚合物壳体中的聚合物材料为两亲性聚合物。
其中，两亲性聚合物是指同时具有亲水性基团和疏水性基团的聚合物，在两亲性聚合物形成聚合物壳层时，由于热活化延迟荧光材料为有机小分子或聚合物，两亲性聚合物的疏水性基团在聚合物壳层内部接近内核，而亲水性基团在聚合物壳层的外部。因此，可以使该电化学发光活性粒子在水相电化学发光体系的反应液中获得良好的溶解度。
根据本申请的一些具体实施方式，两亲性聚合物选自DSPE-PEG2000、Triton X-100。
根据本申请的一些具体实施方式，热活化延迟荧光材料包括如式(Ⅰ)所示的小分子化合物、如式(Ⅱ)或式(Ⅲ)所示的聚合物中的至少一种：
Figure BDA0002892246310000031
其中，X1～X4分别独立选自式(Ⅳ)所示的结构：
Figure BDA0002892246310000032
其中，M1、M2分别独立选自氢原子、甲基、叔丁基、苯基中的任一种；
R1～R3分别独立选自C1～C30的烷基、C1～C30的烷氧基、C6～C35的未取代芳基或C6～C35的取代芳基，所述取代芳基上的取代基选自C1～C20的烷基、C1～C20的烷氧基；
R4、R5分别独立选自C1～C30的烷基、C1～C30的烷氧基、C6～C35的未取代芳基、C6～C35的未取代酚基、C6～C35的取代芳基或C6～C35的取代酚基，所述取代芳基中的取代基选自C1～C20的烷基、C1～C20的烷氧基，所述取代酚基中的取代基选自C1～C20的烷基、C1～C20的烷氧基；
0.01≤x≤0.25；
n为2～200的正整数；
Ar1选自2,7-芴衍生物、2,7-咔唑衍生物；
Ar2选自C6～C20的亚芳基；
R7～R11分别独立选自氢原子、C1～C30的烷基、C1～C30的烷氧基、C6～C50的取代芳基，所述取代芳基中的取代基选自C1～C20的烷基、C1～C20的烷氧基；
0.0001≤z≤0.25；
m为1～200的正整数。
根据本申请的一些具体实施方式，R1～R3分别独立选自C3～C20的烷基、C3～C20的烷氧基、C6～C20的未取代芳基或C8～C25的取代芳基，取代芳基上的取代基选自C1～C12的烷基、C1～C12的烷氧基。
根据本申请的一些具体实施方式，R4、R5分别独立选自C3～C25的烷基、C2～C20的烷氧基、C6～C20的未取代芳基、C6～C20的未取代酚基、C8～C25的取代芳基、C8～C25的取代酚基，取代酚基中的取代基选自C1～C12的烷基、C1～C12的烷氧基，取代芳基中的取代基选自C1～C12的烷基、C1～C12的烷氧基。
根据本申请的一些具体实施方式，Ar1选自C15～C50的2,7-芴衍生物、C15～C50的2,7-咔唑衍生物。
根据本申请的一些具体实施方式，Ar1选自式(Ⅴ-1-a)、式(Ⅴ-1-b)：
Figure BDA0002892246310000041
其中，R12～R14分别独立选自C1～C20的烷基、C1～C20的烷氧基、C6～C30的芳基。
根据本申请的一些具体实施方式，Ar2选自式(Ⅴ-2-a)、式(Ⅴ-2-b)、式(Ⅴ-2-c)：
Figure BDA0002892246310000042
根据本申请的一些具体实施方式，热活化延迟荧光材料选自以下至少一种：
Figure BDA0002892246310000051
Figure BDA0002892246310000061
Figure BDA0002892246310000071
本申请的第二方面，提供上述电化学发光活性粒子的制备方法，该制备方法包括以下步骤：
取热活化延迟荧光材料和聚合物溶解于第一溶剂中，得到前驱液；
将前驱液与第二溶剂混合，超声，除去第一溶剂，得到电化学发光活性粒子的分散液；
第一溶剂为聚合物的良溶剂，第二溶剂为聚合物的不良溶剂。
上述电化学发光活性粒子可以采用本领域熟知的任何能够对热活化延迟荧光材料进行包覆的方法制备。而上述方法中，良溶剂是指在该溶剂中，上述聚合物具有较高的溶解度；不良溶剂是指在该溶剂中，上述聚合物具有较低的溶解度。该制备方法为再沉淀法，将少量溶解在良溶剂中的聚合物与不良溶剂在超声的辅助下迅速混合，使得具有疏水基团的聚合物在环境突然变化的情况下卷曲成球，从而对热活化延迟荧光材料进行包覆，形成能够在水相溶剂体系中稳定存在的电化学发光活性粒子。
本申请的第三方面，提供上述电化学发光活性粒子在制备水相电化学发光产品中的应用。上述电化学发光活性粒子避免了水相体系中水溶剂的极性效应以及高浓度溶解氧产生的氧气淬灭，对水相体系环境电激发条件下产生的全部单重态和三重态激子能够实现几乎全部利用，保证其原本的发光性质不受影响，实现高效的电化学发光。因此，能够作为对应的原料应用到电化学发光产品中，提高电化学发光产品的发光效率，从而提高对应的检测效率和灵敏度。
本申请的第四方面，提供电化学发光检测溶液，该电化学发光检测溶液包括电解液和分散在电解液中的上述任一种电化学发光活性粒子。将上述的电化学发光活性粒子直接置于液相电化学环境当中，直接予以液相体系的电化学驱动，从而开始对应的电化学反应，在此过程中，根据电化学发光的强弱，判断出对应的结果。而其中的电化学发光检测溶液由于规避了水相极性和氧气淬灭的问题，检测效率更高。
本申请的第五方面，提供电化学发光器件，该电化学发光器件包括上述的电化学发光活性粒子，或包括上述的电化学发光检测溶液。
该电化学发光器件可以利用诸如液相的电化学体系，在液态溶剂、电解质共存的条件下，通过施加工作电极电位对电化学发光活性粒子中的热活化延迟荧光材料进行电解，使其可控性地发生自身的电化学氧化或者还原。
另外，该电化学发光器件同样可以是在水相电解质溶液中的电极上具有上述的电化学发光活性粒子形成的修饰层的水相电化学发光器件。电化学发光活性粒子形成修饰层的方法可以是本领域常见的涂覆方法，如滴涂、旋涂、刮涂等方法，使其负载在工作电极上即可。
该电化学发光器件可以是湮灭式电化学发光器件也可以是“氧化-还原性”型或者“还原-氧化性”型共反应剂电化学发光器件。
本申请的第六方面，提供检测***，该检测***包括上述的电化学发光器件。利用上述的电化学发光器件可以制备组合形成更复杂的检测***，通过对电化学发光或进一步包括其它检测指标的定性和/或定量检测实现最终的检测目的。
本申请的第七方面，提供电化学发光检测方法，该电化学发光检测方法包括以下步骤：
将待测物与上述的电化学发光检测溶液混合，得到反应体系；
对反应体系进行电解，检测电解过程中的荧光。
根据本申请的一些具体实施方式，检测电解过程中微秒级时间后的荧光以更好排除背景荧光干扰，提高检测精确度、准确性。其中，可以是检测如100ns、200ns、500ns、1000ns后的荧光。
本申请的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本申请的实践了解到。
附图说明
图1是实施例1中再沉淀法制备电化学发光活性粒子的示意图。
图2是实施例1制备得到的电化学发光活性粒子的电镜图。
图3是实施例1中电化学发光检测溶液的荧光寿命曲线。
图4是实施例1中对比实验的电化学发光信号曲线。
图5是实施例2中电化学发光检测溶液的电化学发光信号曲线。
图6是实施例2中电化学发光检测溶液的荧光寿命曲线。
图7和图8是实施例3中不同电压条件下电化学发光检测溶液的电化学发光信号曲线。
具体实施方式
以下将结合实施例对本申请的构思及产生的技术效果进行清楚、完整地描述，以充分地理解本申请的目的、特征和效果。显然，所描述的实施例只是本申请的一部分实施例，而不是全部实施例，基于本申请的实施例，本领域的技术人员在不付出创造性劳动的前提下所获得的其他实施例，均属于本申请保护的范围。
下面详细描述本申请的实施例，描述的实施例是示例性的，仅用于解释本申请，而不能理解为对本申请的限制。
在本申请的描述中，若干的含义是一个以上，多个的含义是两个以上，大于、小于、超过等理解为不包括本数，以上、以下、以内等理解为包括本数。如果有描述到第一、第二只是用于区分技术特征为目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量或者隐含指明所指示的技术特征的先后关系。
本申请的描述中，除非另有明确的限定，设置、安装、连接等词语应做广义理解，所属技术领域技术人员可以结合技术方案的具体内容合理确定上述词语在本申请中的具体含义。
本申请的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示意性实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本申请的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
实施例1
本实施例提供一种电化学发光活性粒子及其制备方法。该电化学发光活性粒子包括内核和包覆内核的聚合物壳体，内核为热活化延迟荧光材料，聚合物壳体的聚合物材料为两亲性聚合物。
本实施例中，热活化延迟荧光材料具体选择2,4,5,6-四(9-咔唑基)-间苯二腈(2,4,5,6-tetrakis(carbazol-9-yl)-1,3-dicyanobenzene，简称4CzIPN)，其不含金属元素、廉价易得、毒性低且化学稳定性良好。该小分子化合物的合成方法已有文献报道(Nature,2012,492,234–238)。化学结构式如下所示：
Figure BDA0002892246310000101
本实施例中，两亲性聚合物选择二硬脂酰基磷脂酰乙醇胺-聚乙二醇2000(简称DSPE-PEG2000)，其化学结构式如下所示：
Figure BDA0002892246310000102
该电化学发光活性粒子的制备方法如图1所示，包括以下步骤：
取0.5mg的4CzIPN和1mg的DSPE-PEG2000溶解于2mL的四氢呋喃(THF)中，得到前驱液；
在超声的辅助下，将2mL前驱液快速注入到10mL超纯水中，真空旋转蒸发除去THF并进行浓缩，使用0.22μm的滤头过滤并定容，得到0.25mg/mL电化学发光活性粒子的分散液。干燥得到电化学发光活性粒子。
图2是本实施例制备得到的电化学发光活性粒子的电镜图，从图中可以看出，通过上述方法制备得到的产品具有预期的内核和壳层的结构。
本实施例还提供一种电化学发光检测溶液，该溶液由上述制备得到的电化学发光活性粒子溶于PBS缓冲液得到。该电化学发光检测溶液中，PBS的浓度为0.1mol/L，电化学发光活性粒子的浓度为0.025mg/mL。
电化学发光活性粒子的水相电化学发光性能测试
测试方法如下：
采用三电极体系(以玻碳电极为工作电极，Ag/AgCl电极为参比电极，铂丝电极为对电极)进行湮灭式(不包含共反应剂)水相电化学发光测试。测试溶液为实施例1中的电化学发光检测溶液，在氮气气氛下用MPI-EII型电化学发光分析仪检测其电化学发光性能，初始电压设置为0V，低电压设置为-1.2V，高电压设置为1.2V，扫速为250mV/s。
图3是该电化学发光检测溶液的荧光寿命曲线，从图3可以看出，该检测溶液中的电化学发光活性粒子具有典型的热活化延迟荧光特性。除了纳秒级的短寿命区间之外，还存在微秒级的长寿命特征。该结果表明，利用实施例1提供的电化学发光活性粒子在水相电化学发光体系中能够保持原有的发光特征，不受水相体系中水分子极性和高浓度溶解氧的影响。
对比实验
分别设置空白组和对照组的检测溶液，其中，空白组为0.1mol/L的PBS缓冲液，对照组在0.1mol/L的PBS缓冲液中加入终浓度为0.025mg/mL的4CzIPN。采用性能测试中的测试方法分别测试了空白组、对照组和上述电化学发光检测溶液的电化学发光信号曲线。
图4是对比实验的电化学发光信号曲线，从图4中可以看出，空白组基本没有电化学发光信号出现。对照组中由于检测溶液中水分子的高极性效应和高浓度溶解氧的存在，热活化延迟荧光材料的激子淬灭严重，激子寿命迅速降低，因而电化学发光信号极其微弱。而实施例1中的电化学发光检测溶液中，从1.0V的正向电压开始出现明显的ECL信号。该结果表明，壳层的包覆使得湮灭式水相电化学发光体系可以正常工作。
实施例2
本实施例提供一种“氧化-还原性”型共反应剂水相电化学发光体系的电化学发光检测溶液，与实施例1中的电化学发光检测溶液的区别在于，还包括共反应剂，具体为终浓度为30mmol/L的三丙胺(TPrA)。
性能测试
分别设置空白组和对照组的检测溶液，其中，空白组为含有30mmol/L TPrA的0.1mol/L PBS缓冲液，对照组空白组的检测溶液中中加入终浓度为0.025mg/mL的4CzIPN。
采用三电极体系(以玻碳电极为工作电极，Ag/AgCl电极为参比电极，铂丝电极为对电极)在氮气气氛下用MPI-EII型电化学发光分析仪检测本实施例中的电化学发光检测溶液的电化学发光性能，初始电压设置为0V，低电压设置为0V，高电压设置为1.2V，扫速为250mV/s。
图5是本实施例的电化学发光信号曲线，从图5中可以看出，空白组基本没有电化学发光信号出现。对照组由于检测溶液中水分子的高极性效应和高浓度溶解氧的存在，热活化延迟荧光材料的激子淬灭严重，激子寿命迅速降低，仅在1.0V后有微弱的电化学发光信号。而实施例的检测溶液从1.0V的正向电压开始出现明显增强的ECL信号。该结果表明，壳层的包覆使得“氧化-还原”型水相电化学发光体系可以正常工作。
实施例3
本实施例提供一种电化学发光活性粒子及其制备方法。该电化学发光活性粒子包括内核和包覆内核的聚合物壳体，内核为热活化延迟荧光材料，聚合物壳体的聚合物材料为两亲性聚合物。
本实施例中，热活化延迟荧光材料具体选择聚-3,6-咔唑-9,9-二己基-10-(4-(4,6-二叔丁基-1,3,5-三嗪-2-基)苯基)-9,10-二氢吖啶(poly-3,6-carbazole-9,9-dihexal-10-(4-(4,6-di-tert-butyl-1,3,5-triazin-2-yl)phenyl)-9,10-dihydroacridine，简称PCzAPT)，其中APT单元(9,9-dihexal-10-(4-(4,6-di-tert-butyl-1,3,5-triazin-2-yl)phenyl)-9,10-dihydroacridine)的摩尔比为10，因此简称PCzAPT10。该材料合成已有文献和专利报道(Adv.Opt.Mater.2018,6,1701320；ZL201710115395.3.)，可以参照相应文献和专利予以合成制备。化学结构式如下所示：
Figure BDA0002892246310000121
其中，n选自2～200的正整数。
本实施例中，两亲性聚合物选择聚乙二醇辛基苯基醚(简称Triton X-100)，其化学结构式如下所示：
Figure BDA0002892246310000122
该电化学发光活性粒子的制备方法包括以下步骤：
取100μg的PCzAPT10和50μL的Triton X-100溶解在2mL的THF中，得到前驱液；
在超声的辅助下，将2mL前驱液快速注入到8mL超纯水中，50℃干燥除去THF，使用0.22μm滤头过滤并定容，得到12.5μg/mL电化学发光活性粒子的分散液。
本实施例还提供一种电化学发光检测溶液，该溶液由上述制备得到的电化学发光活性粒子的分散液溶于含有K2S2O8的PBS缓冲液得到，或者由上述制备得到的电化学发光活性粒子的分散液溶于含有TPrA的PBS缓冲液得到。该电化学发光检测溶液中，PBS的浓度为0.1mol/L，电化学发光活性粒子的浓度为0.025mg/mL，共反应剂K2S2O8的浓度为25mmol/L。
性能测试
采用三电极体系(以玻碳电极为工作电极，Ag/AgCl电极为参比电极，铂丝电极为对电极)进行“还原-氧化”型共反应剂水相电化学发光测试和“氧化-还原”型共反应剂水相电化学发光测试，用MPI-EII型电化学发光分析仪检测电化学发光性能，初始电压设置为0V，低电压设置为-1.6V，高电压设置为0V，扫速为250mV/s。
图6是该电化学发光检测溶液的荧光寿命曲线，从图6可以看出，该检测溶液中的电化学发光活性粒子具有典型的热活化延迟荧光特性。除了纳秒级的短寿命区间之外，还存在微秒级的长寿命特征。该结果表明，利用实施例3提供的电化学发光活性粒子在“还原-氧化”型共反应剂水相电化学发光体系中能够保持原有的发光特征，不受水相体系中水分子极性和高浓度溶解氧的影响。
对比实验
采用性能测试中的测试方法分别测试了空白组和实验组的电化学发光信号曲线。分别以-1.6V至0V和0至1.5V的电压范围进行测试。
其中，以-1.6V至0V的电压范围测试时，空白组为含有25mmol/L K2S2O8的0.1mol/LPBS缓冲液，实验组为在空白组的检测溶液中加入终浓度为0.025mg/mL的本实施例所提供的电化学发光活性粒子后的检测溶液；
以0至1.5V的电压范围测试时，空白组为含有30mmol/L TPrA的0.1mol/L PBS缓冲液，实验组为在空白组的检测溶液中加入终浓度为0.025mg/mL的本实施例所提供的电化学发光活性粒子后的检测溶液。
测试结果如图7和图8所示，从图7和图8可以看出，空白组的裸电极有微弱的电化学发光信号，而对应的实验组则有明显增强的电化学发光信号。因此壳层的包覆使得“还原-氧化”型共反应剂水相电化学发光体系和“氧化-还原”型共反应剂水相电化学发光测试可以正常工作。
上面结合实施例对本申请作了详细说明，但是本申请不限于上述实施例，在所属技术领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本申请宗旨的前提下作出各种变化。此外，在不冲突的情况下，本申请的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

Claims (10)

1.电化学发光活性粒子，其特征在于，包括内核和包覆所述内核的聚合物壳体，所述内核包括热活化延迟荧光材料。
2.根据权利要求1所述的电化学发光活性粒子，其特征在于，所述聚合物壳体中的聚合物材料为两亲性聚合物。
3.根据权利要求1所述的电化学发光活性粒子，其特征在于，所述热活化延迟荧光材料包括如式(Ⅰ)所示的小分子化合物、如式(Ⅱ)或式(Ⅲ)所示的聚合物中的至少一种：
Figure FDA0002892246300000011
其中，X1～X4分别独立选自式(Ⅳ)所示的结构：
Figure FDA0002892246300000012
其中，M1、M2分别独立选自氢原子、甲基、叔丁基、苯基中的任一种；
R1～R3分别独立选自C1～C30的烷基、C1～C30的烷氧基、C6～C35的未取代芳基或C6～C35的取代芳基，所述取代芳基上的取代基选自C1～C20的烷基、C1～C20的烷氧基；
R4、R5分别独立选自C1～C30的烷基、C1～C30的烷氧基、C6～C35的未取代芳基、C6～C35的未取代酚基、C6～C35的取代芳基或C6～C35的取代酚基，所述取代芳基中的取代基选自C1～C20的烷基、C1～C20的烷氧基，所述取代酚基中的取代基选自C1～C20的烷基、C1～C20的烷氧基；
0.01≤x≤0.25；
n为2～200的正整数；
Ar1选自2,7-芴衍生物、2,7-咔唑衍生物；
Ar2选自C6～C20的亚芳基；
R7～R11分别独立选自氢原子、C1～C30的烷基、C1～C30的烷氧基、C6～C50的取代芳基，所述取代芳基中的取代基选自C1～C20的烷基、C1～C20的烷氧基；
0.0001≤z≤0.25；
m为1～200的正整数。
4.根据权利要求3所述的电化学发光活性粒子，其特征在于，所述热活化延迟荧光材料选自以下至少一种：
Figure FDA0002892246300000021
Figure FDA0002892246300000031
Figure FDA0002892246300000041
Figure FDA0002892246300000051
5.权利要求1至4任一项所述的电化学发光活性粒子的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
取热活化延迟荧光材料和聚合物溶解于第一溶剂中，得到前驱液；
将所述前驱液与第二溶剂混合，超声，除去所述第一溶剂，得到电化学发光活性粒子的分散液；
所述第一溶剂为所述聚合物的良溶剂，所述第二溶剂为所述聚合物的不良溶剂。
6.权利要求1至4任一项所述的电化学发光活性粒子在制备水相电化学发光产品中的应用。
7.电化学发光检测溶液，其特征在于，包括电解液和分散于所述电解液中的权利要求1至4任一项所述的电化学发光活性粒子。
8.电化学发光器件，其特征在于，包括权利要求1至4任一项所述的电化学发光活性粒子，或包括权利要求7所述的电化学发光检测溶液。
9.检测***，其特征在于，包括权利要求8所述的电化学发光器件。
10.电化学发光检测方法，其特征在于，包括以下步骤：
将待测物与权利要求7所述的电化学发光检测溶液混合，得到反应体系；
对所述反应体系进行电解，检测电解过程中的荧光。
CN202110033026.6A 2021-01-11 2021-01-11 电化学发光活性粒子及其制备方法和应用 Pending CN112852410A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202110033026.6A CN112852410A (zh) 2021-01-11 2021-01-11 电化学发光活性粒子及其制备方法和应用

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202110033026.6A CN112852410A (zh) 2021-01-11 2021-01-11 电化学发光活性粒子及其制备方法和应用

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN112852410A true CN112852410A (zh) 2021-05-28

Family

ID=76002559

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202110033026.6A Pending CN112852410A (zh) 2021-01-11 2021-01-11 电化学发光活性粒子及其制备方法和应用

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN112852410A (zh)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113930234A (zh) * 2021-10-26 2022-01-14 广州大学 一种纳米材料及其制备方法与应用
CN114152604A (zh) * 2020-09-07 2022-03-08 南京大学 一种用于细胞成像的无试剂电致化学发光检测方法
CN114675027A (zh) * 2022-04-19 2022-06-28 南京邮电大学 膀胱癌蛋白类标志物活性检测试剂盒及其检测方法

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105400507A (zh) * 2015-10-15 2016-03-16 南京邮电大学 一类基于热致延迟长寿命荧光有机材料纳米颗粒的制备方法及其时间分辨生物成像应用
CN106866941A (zh) * 2017-02-28 2017-06-20 中国科学院长春应用化学研究所 一种侧链含三嗪基团的共轭聚合物及其制备方法和应用
CN107987256A (zh) * 2017-12-07 2018-05-04 中国科学院长春应用化学研究所 一种红色热诱导延迟荧光聚合物及其制备和应用
CN109796965A (zh) * 2019-02-13 2019-05-24 湖北中医药大学 一种长寿命发光纳米粒子及其制备方法和应用
CN111239110A (zh) * 2020-02-10 2020-06-05 西北师范大学 一种具有聚集诱导发光性能的卟啉衍生物应用于电化学发光体系的构建方法
CN112129822A (zh) * 2020-09-24 2020-12-25 广州大学 一种固态电化学发光传感器及其制备方法和应用
CN112179960A (zh) * 2020-08-20 2021-01-05 西北师范大学 一种基于五苯基吡咯的水相电化学发光体系的构建方法

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105400507A (zh) * 2015-10-15 2016-03-16 南京邮电大学 一类基于热致延迟长寿命荧光有机材料纳米颗粒的制备方法及其时间分辨生物成像应用
CN106866941A (zh) * 2017-02-28 2017-06-20 中国科学院长春应用化学研究所 一种侧链含三嗪基团的共轭聚合物及其制备方法和应用
CN107987256A (zh) * 2017-12-07 2018-05-04 中国科学院长春应用化学研究所 一种红色热诱导延迟荧光聚合物及其制备和应用
CN109796965A (zh) * 2019-02-13 2019-05-24 湖北中医药大学 一种长寿命发光纳米粒子及其制备方法和应用
CN111239110A (zh) * 2020-02-10 2020-06-05 西北师范大学 一种具有聚集诱导发光性能的卟啉衍生物应用于电化学发光体系的构建方法
CN112179960A (zh) * 2020-08-20 2021-01-05 西北师范大学 一种基于五苯基吡咯的水相电化学发光体系的构建方法
CN112129822A (zh) * 2020-09-24 2020-12-25 广州大学 一种固态电化学发光传感器及其制备方法和应用

Non-Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
ISHIMATSU, RYOICHI ET AL.: "Solvent Effect on Thermally Activated Delayed Fluorescence by 1,2,3,5-Tetrakis(carbazol-9-yl)-4,6-dicyanobenzene", 《JOURNAL OF PHYSICAL CHEMISTRY A》, vol. 117, no. 27, pages 5607 - 5612, XP055122928, DOI: 10.1021/jp404120s *
RYOICHI ISHIMATSU ET AL.: "Electrogenerated Chemiluminescence of Donor–Acceptor Molecules with Thermally Activated Delayed Fluorescence", 《ANGEWANDTE CHEMIE, INTERNATIONAL EDITION》, vol. 53, no. 27, pages 6993 - 6996, XP072078162, DOI: 10.1002/anie.201402615 *
YAQIANG FENG ET AL.: "Silole-Containing Polymer Nanodot: An Aqueous Low-Potential Electrochemiluminescence Emitter for Biosensing", 《ANALYTICAL CHEMISTRY》, vol. 88, no. 1, pages 846 - 850 *
ZIHUI ZENG ET AL.: "Nanoencapsulation strategy: enabling electrochemiluminescence of thermally activated delayed fluorescence (TADF) emitters in aqueous media", 《CHEMICAL COMMUNICATIONS》, vol. 57, no. 43, pages 5262 - 5265 *
罗野林: "有机热活化延迟荧光材料水相电化学发光性质的研究", 《中国优秀硕士学位论文全文数据库 工程科技Ⅰ辑》, no. 11, pages 014 - 357 *
郭睿倩主编: "《光源原理与设计》", vol. 2017, 31 December 2017, 复旦大学出版社, pages: 359 - 360 *

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114152604A (zh) * 2020-09-07 2022-03-08 南京大学 一种用于细胞成像的无试剂电致化学发光检测方法
CN113930234A (zh) * 2021-10-26 2022-01-14 广州大学 一种纳米材料及其制备方法与应用
CN113930234B (zh) * 2021-10-26 2024-03-12 广州大学 一种纳米材料及其制备方法与应用
CN114675027A (zh) * 2022-04-19 2022-06-28 南京邮电大学 膀胱癌蛋白类标志物活性检测试剂盒及其检测方法

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN112852410A (zh) 电化学发光活性粒子及其制备方法和应用
Bard Electrogenerated chemiluminescence
Hesari et al. Electrogenerated chemiluminescence: light years ahead
Han et al. Substituent-induced aggregated state electrochemiluminescence of tetraphenylethene derivatives
Gao et al. Biocompatible nanoparticles based on Diketo‐Pyrrolo‐Pyrrole (DPP) with aggregation‐induced Red/NIR emission for in vivo two‐photon fluorescence imaging
Zou et al. Electrogenerated chemiluminescence from a CdSe nanocrystal film and its sensing application in aqueous solution
Sun et al. Nanomaterials in electrochemiluminescence sensors
Chen et al. Recent advances of electrochemiluminescent system in bioassay
Gross et al. Electrogenerated chemiluminescence from phosphorescent molecules used in organic light-emitting diodes
WO2006126407A1 (ja) 発光デバイス及びこの発光デバイスを用いたエレクトロルミネッセンス
Li et al. Bright Electrogenerated Chemiluminescence of a Bis‐Donor Quadrupolar Spirofluorene Dye and Its Nanoparticles
CN112129822A (zh) 一种固态电化学发光传感器及其制备方法和应用
CN114656951A (zh) 一种水相有机发光材料、制备方法及其应用
Ge et al. Progress in electrochemiluminescence of nanoclusters: how to improve the quantum yield of nanoclusters
Zhao et al. Highly efficient multifunctional luminescent radicals
Kesarkar et al. Dye-doped nanomaterials: Strategic design and role in electrochemiluminescence
Wang et al. Electrochemiluminescence of polymer dots featuring thermally activated delayed fluorescence for sensitive DNA methylation detection
CN109839413B (zh) 二硫化钨量子点作为电致化学发光共反应剂的应用
Wu et al. A fluorene-based material containing triple azacrown ether groups: synthesis, characterization and application in chemosensors and electroluminescent devices
Luo et al. A scaffold of thermally activated delayed fluorescent polymer dots towards aqueous electrochemiluminescence and biosensing applications
Hasegawa et al. Luminescent thin films composed of nanosized europium coordination polymers on glass electrodes
Kesarkar et al. Iridium (III)‐Doped Core‐Shell Silica Nanoparticles: Near‐IR Electrogenerated Chemiluminescence in Water
CN107068876A (zh) 一种基于10,10-二芳基蒽酮化合物的有机电致发光器件及其应用
Laird et al. Electrochemiluminescence of iridium complexes
CN113930234B (zh) 一种纳米材料及其制备方法与应用

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination