研究背景

近年来，以共轭聚合物作为基体的传感器凭其独特的光学性质和化学性质在化学和生物传感技术领域得到了广泛的关注。共轭聚合物中重复单元之间形成的共轭体系，使其具有很高的摩尔吸光系数和特有的”分子导线”效应，在外界刺激物的作用下产生光学等性质的变化。并且，共轭聚合物单体具有良好的加工性能，使其能合成适用于各种检测的共轭聚合物。基于以上的优点，共轭聚合物成为了一类非常理想的高灵敏度的传感器材料。

聚丁二炔（PDA）作为共轭聚合物家族的一员，它在电学性质和光学性质方面尤为突出，因而受到了越来越大的关注。它的性质主要有：（1）在不需要任何催化剂和添加剂的作用下丁二炔单体就可以在254 nm的紫外光或γ射线下诱导聚合形成稳定的聚丁二炔分子；（2）聚丁二炔分子在外界刺激因素（如温度，pH，机械应力等）的作用下可以产生一个由蓝相（最大吸收峰在640 nm处）向红相（最大吸收峰在550 nm处）的相态的转变，并且可以通过肉眼就可以直接观测到颜色的变化。同时这种相态的变化并伴随着荧光的改变，蓝态的聚丁二炔分子是没有荧光的，红色的聚丁二炔分子则是有荧光^[1]，如图1，凭借这种独特的颜色以及荧光的变化性质，聚丁二炔分子已广泛的被应用于病毒^[2]、细菌^[3]、蛋白^[4]、金属离子^[5]、有机溶剂^[6]、表面活性剂^[7]的检测中。由于这种聚合物主链的导电性，共轭聚合物可以在存在刺激的情况下产生比小分子更敏感的响应，这使得它们作为化学和生物传感器是非常有吸引力的^[8]。在开发的各种聚合物传感器中，PDA在以下方面是独特的传感材料^[9]。这些优点使得聚丁二炔各种化学和生物学上重要的性质研究与开发引起广泛的关注。这类基于聚丁二炔传感器对外界刺激所显示出荧光和颜色的双重变化而呈现的，且简单便捷、高灵敏性和高选择性。因此基于聚丁二炔传感器在未来必将成为一个重要的研究领域。

聚丁二炔（PDA）材料首先由Wegner在1969年制备^[10]。其在传感应用中的潜在用途是由Charych等人^[11]在1993年首次发现的。

虽然PDA系统在环境刺激下的颜色和荧光转变已经应用于生物和化学上重要的分析物的检测，但是对于蓝色到红色的颜色转变和相应的荧光变化的确切机理还未得出^[12]。最初，PDA从蓝色到红色的颜色转变被假设为对应于PDA主链从烯炔形式到丁三烯形式的结构转变，然而，这一理论并没有得到实验结果支持。广泛接受的机制是，颜色变化与PDA骨架的构象变化相关，从平面到非平面在刺激下，侧链构象也在烯炔骨架的构象变化中起重要作用。

在2005年，基于PDA的荧光特性的传感器首先由两个独立的小组（Kim组和Jelinek组）^[13]报告。从那时起，使用PDA材料的”开启”荧光检测的方法得到了扩展。

迄今为止，已经开发了许多基于PDA系统的传感器（特别是用于检测化学目标分子）。根据诱导受体进入聚合物基质的方法和光学变化（结合或反应诱导的变化）的机制，以下分别列举了一系列基于聚丁二炔的生物传感器的工作。

1.基于受体与聚丁二炔基质共价连接的PDA系统诱导光学变化

源自PDA的各种传感结构已经被开发了出来，例如脂质体，纤维，膜，有机-无机杂化物^[14]。在将特殊受体引入用于感测应用的PDA系统的过程中，在大多数样品使用的方法是将受体与丁二炔酸共价连接，然后与其他丁二炔单体混合进行自组装和聚合（图2）。尽管该方法需要化学反应来将受体诱导至PDA基质，但其可提供强大且明确定义的PDA系统。