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制造技术

本发明专利技术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，本发明专利技术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。

Preparation and Application of Optical Switched Fluorescent Polymer Nanoparticles with Multi-wavelength Regulation

【技术实现步骤摘要】
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
本专利技术属于化学材料制备、显示材料
，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。
技术介绍
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,Photochromismandmolecularlogicgateoperationofawater-compatiblebis-glycosyldiarylethene.Chem.Commun.,2017,53,9494-9497.)。SooYoungPark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，专利技术一种简单、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，有鉴于此特提出本专利技术。
技术实现思路
本专利技术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，本专利技术采用技术方案的基本构思是：一种多波长调控的光开关荧光聚合物纳米粒子的制备，包括以下步骤：将甲基丙烯酸甲酯、绿色光开关荧光染料SP-PDI、具有光致变色特性的二芳基乙烯化合物DTE-BA、正十六烷、偶氮二异丁腈、十六烷基三甲基氯化铵、三羟甲基丙烷三甲基丙烯酸酯为原料，混合后进行细乳液聚合得到一种多波长调控的光开关荧光聚合物纳米粒子。具体包括以下步骤：(1)将甲基丙烯酸甲酯、绿色光开关荧光染料SP-PDI、具有光致变色特性的二芳基乙烯化合物DTE-BA、正十六烷、偶氮二异丁腈、三羟甲基丙烷三甲基丙烯酸酯按质量比为1：0.004：0.02：0.125：0.05：0.316混合成溶液；(2)将十六烷基三甲基氯化铵试剂配成浓度为0.005～0.015g/mL的水溶液；(3)将步骤(1)和步骤(2)中配制的溶液混合搅拌5分钟，形成预乳液；(4)将步骤(3)中形成的预乳液在超声波细胞粉碎仪中进行超声乳化，时间为10分钟，完成后形成细乳液；(5)将步骤(4)中所形成的细乳液通氮气除氧10分钟，并升温到75℃，反应4小时，得到多波长调控的光开关荧光聚合物纳米粒子。上述的多波长调控的光开关荧光聚合物纳米粒子的制备，所述步骤(1)中的绿色荧光染料SP-PDI，其结构式如下：上述的多波长调控的光开关荧光聚合物纳米粒子的制备，所述步骤(1)中的具有光致变色特性的二芳基乙烯化合物双(4-(丙烯酰氧基)丁基)4,4'-(八氟环戊烯-1,2-基)双(5-甲基噻吩-2-羧基)即DTE-BA，其结构式如下：采用上述技术方案后，本专利技术与现有技术相比具有以下有益效果。(1)本专利技术采用一步细乳液的聚合方法成功地制备出一种多波长调控的光开关聚合物荧光纳米粒子，该聚合物纳米粒子具有良好的水分散性和较小的粒径(85nm左右)。(2)本专利技术中所制备的多波长调控的光开关聚合物荧光纳米粒子在全光控的条件下采用螺吡喃和二芳基乙烯作为光敏剂来调控荧光的颜色和明暗状态，并且合成与制备的过程更加简单。(3)本专利技术中所制备的多波长调控的光开关聚合物荧光纳米粒子，通过调节两种紫外光和可见光的照射时间，可以在两种紫外光和可见光的作用下实现从绿光到红光发射再到荧光淬灭和从绿光到荧光淬灭的可逆转换。该多波长调控的光开关聚合物荧光纳米粒子在逻辑门等领域有着非常重要的应用前景。下面结合附图对本专利技术的具体实施方式作进一步详细的描述。附图说明附图作为本申请的一部分，用来提供对本专利技术的进一步的理解，本专利技术的示意性实施例及其说明用于解释本专利技术，但不构成对本专利技术的不当限定。显然，下面描述中的附图仅仅是一些实施例，对于本领域普通技术人员来说，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他附图。在附图中：图1为制备的纳米粒子的粒径图。图2为制备的纳米粒子在不同外界光作用下的紫外-可见吸收光谱图。图3为制备的纳米粒子在不同外界光作用下的荧光发射光谱图。图4为制备的纳米粒子对365nm紫外光、254nm紫外光和可见光的光响应图。图5为制备的纳米粒子对365nm紫外光和可见光的可逆循环图。图6为制备的纳米粒子对254nm紫外光和可见光的光响应图。图7为制备的纳米粒子对254nm紫外光和可见光的可逆循环图。图8为制备的纳米粒子对254nm紫外光和365nm紫外光的光响应图。图9为制备的纳米粒子对254nm紫外光和365nm紫外光的可逆循环图。图10为制备的纳米粒子在不同的输入信号时在550nm处荧光强度变化图。图11为制备的纳米粒子在不同的输入信号时在650nm处荧光强度变化图。图12为制备的纳米粒子的逻辑运算真值表。图13为制备的纳米粒子的逻辑电路示意图。需要说明的是，这些附图和文字描述并不旨在以任何方式限制本专利技术的构思范围，而是通过参考特定实施例为本领域技术人员说明本专利技术的概念。具体实施方式为使本专利技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种多波长调控的光开关荧光聚合物纳米粒子的制备方法，其特征在于，将甲基丙烯酸甲酯、绿色光开关荧光染料SP‑PDI、具有光致变色特性的二芳基乙烯化合物DTE‑BA、正十六烷、偶氮二异丁腈、十六烷基三甲基氯化铵、三羟甲基丙烷三甲基丙烯酸酯为原料，混合后进行细乳液聚合得到一种多波长调控的光开关荧光聚合物纳米粒子。

【技术特征摘要】
1.一种多波长调控的光开关荧光聚合物纳米粒子的制备方法，其特征在于，将甲基丙烯酸甲酯、绿色光开关荧光染料SP-PDI、具有光致变色特性的二芳基乙烯化合物DTE-BA、正十六烷、偶氮二异丁腈、十六烷基三甲基氯化铵、三羟甲基丙烷三甲基丙烯酸酯为原料，混合后进行细乳液聚合得到一种多波长调控的光开关荧光聚合物纳米粒子。2.根据权利要求1所述的一种多波长调控的光开关荧光聚合物纳米粒子的制备方法，其特征在于，具体步骤为：步骤1，将甲基丙烯酸甲酯、绿色光开关荧光染料SP-PDI、具有光致变色特性的二芳基乙烯化合物DTE-BA、正十六烷、偶氮二异丁腈、三羟甲基丙烷三甲基丙烯酸酯按质量比为1：0.004：0.02：0.125：0.05：0.316混合成溶液；步骤2，将十六烷基三甲基氯化铵试剂配成浓度为0.005～0.015g/mL的水溶液；步骤3，将步骤1和步骤2中配制的溶液混合搅拌5分钟，形成预乳液...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈建，余茂林，王涵，王宏，张培盛，张崇华，
申请(专利权)人：湖南科技大学，
类型：发明
国别省市：湖南,43