木质素是一种天然高分子荧光材料,也是植物细胞壁荧光的主要来源。然而,木质素的荧光机理尚不清晰,且基于其荧光特性的功能材料也少见报道。开展木质素荧光行为及其应用研究,对揭示木质素荧光机理和拓展木质素的应用途径具有积极意义。本论文以木质素在溶液中的荧光行为和机理为主线,通过研究木质素聚集行为对其荧光的影响机制,从理论层面揭示木质素的复杂荧光机理,并初步建立起木质素荧光行为研究的分析方法;在此基础上,将木质素作为荧光供体材料,探讨其在荧光共振能量转移(FRET)体系中的应用和相应的荧光能量转移机制,有利于推动木质素荧光特性的功能化和高值化应用。首先,论文采用稳态和瞬态荧光技术,研究了木质素的多荧光团发光及其三维荧光光谱等基本荧光行为,结合木质素自身结构特点和聚集空间共轭理论,提出苯基丙烷单元的聚集空间共轭效应是木质素长波长荧光的主要来源。探讨了木质素胶团聚集行为对荧光的影响规律,发现区别于传统刚性荧光团的浓度聚集荧光淬灭机理,木质素松散胶团赋予其内部荧光团的位阻效应,抑制了因木质素胶团间聚集和碰撞行为可能导致的动态或静态荧光淬灭;木质素浓度聚集荧光淬灭现象主要是由其荧光自吸收行为引起的。木质素松散胶团的压缩会使其聚集空间共轭效应增强,同时抑制木质素胶团中荧光团的运动能量耗散,从而共同诱导木质素荧光增强。尽管松散的木质素胶团属于聚集荧光增强型荧光团,但是随着胶团紧密度的持续增加,内部荧光团间的位阻效应逐渐消失,木质素的聚集荧光行为会逐渐由聚集荧光增强转变为聚集荧光淬灭。在此基础上,论文采用木质素磺酸盐(ELS)作为水溶性载体和荧光供体,罗丹明的螺旋内酰胺衍生物(SRhB)作为氢离子的识别基团和荧光受体,二乙烯三胺为荧光供受体的连接臂,通过化学接枝将SRhB功能分子接枝到ELS大分子中,构建了一种木质素基FRET型pH荧光探针(L-SRhB)。通过对L-SRhB探针的比率式pH荧光响应行为、可逆响应、选择性响应、光漂白和光稳定性等基本探针性能参数进行研究,发现L-SRhB的pH响应范围及其pKa值,主要与SRhB自身的属性相关;L-SRhB对氢离子表现出良好的可逆性和选择性荧光响应;L-SRhB具有良好的光稳定性,但由于ELS自身容易被光漂白,所以L-SRhB的耐光漂白性能有待进一步提高。此外,采用荧光共聚焦显微镜等手段,对L-SRhB探针在体外细胞荧光成像中的应用进行了初步探索,结果表明ELS作为载体材料在一定浓度范围内对细胞生长没有抑制作用,但接枝SRhB后,产品的细胞毒性明显增强;L-SRhB可以通过吞噬作用实现细胞内在化,并利用在癌细胞和正常细胞中内在化速率的差异,实现对二者的荧光成像分辨。考虑到化学接枝的复杂性,采用SRhB为模型化合物,利用物理自组装法,实现SRhB纳米粒子(SRhB NPs)在ELS中的定量引入,从而构建非共价键型木质素基FRET体系(SRhB/ELS)。借助动态光散射、扫描电镜、核磁共振氢谱、Zeta电位和耗散型石英微晶天平等技术,对复合物的粒径、形貌、结合方式、自组装驱动力和吸附行为等进行考察,发现SRhB NPs在静电作用力的驱动下,吸附到ELS胶团表面,组装形成粒径在100 nm左右的复合物;在ELS这一水溶性载体的协助下,SRhB NPs的再分散性能得到提升。通过考察复合物的FRET行为以及复合体系的pH荧光响应行为随ELS含量的变化规律,探讨ELS对SRhB荧光行为的影响规律和内在机理,发现在自组装法制备的复合物SRhB/ELS中,ELS与SRhB二者之间存在稳定的FRET效率,能够实现对pH的比率型检测;降低复合物中ELS的含量,可以提高体系中供受体荧光团间的FRET效率,增大复合物对pH的检测分辨率,并降低对pH的响应时间;然而降低ELS含量也会导致SRhB荧光强度发生淬灭。复合物的荧光能量转移机制的研究表明,ELS通过与罗丹明光谱重叠区域的荧光团,将荧光能量以非辐射转移机制直接转移到SRhB,非重叠区域的荧光团则通过ELS自身胶团内的能量转移机制,将荧光能量间接转移到受体荧光团,在能量转移前后,ELS的荧光光谱形状保持不变;由于能量转移行为不受吸附位点的限制,ELS可以作为一种便捷的荧光供体材料应用于水溶性FRET比率型荧光探针体系的构建。