共轭聚合物（Conjugated polymers,CPs）具有多个π-共轭的连续重复单元,并且每个单元之间相互协同形成有效的电子耦合。因此,共轭聚合物捕获的能量可以沿着长程的?电子骨架自由迁移,实现能量的高效传递,从而赋予聚合物优良的光捕获性能和信号放大效应。CPs已被广泛地应用于化学/生物传感、细胞成像、疾病诊断与治疗等领域。本论文基于共轭聚合物构建了多种多功能的复合材料,并研究它们在生物传感领域的应用。主要开展了以下几方面的工作:1.发展了一种简单、无荧光标记以及高灵敏度的方法用于可视化检测钙调蛋白与其靶肽（CaM-M13）结合的构象变化。该方法主要基于构象敏感型阳离子共轭聚噻吩衍生物（PMNT）通过静电相互作用与CaM-M13组装形成钙离子可控的PMNT/CaM-M13复合体。在钙离子的诱导下,CaM-M13从无生物活性的“关闭”构象转变为激活状态下的“球形”构象,能够引起其表面负电荷分布的变化,影响CaM-M13与PMNT的组装结构,导致肉眼可视的荧光颜色变化和样品浊度变化。PMNT对CaM-M13的检测限可低至6.16 pmol。此外,由于CaM对Ca²⁺特异性的识别作用,PMNT/CaM-M13组装可以用于对Ca²⁺离子的特异性检测。2.设计、构建了一种基于氧化石墨烯（GO）和阳离子共轭聚芴苯（PFP）的复合探针,并结合荧光共振能量转移技术（FRET）用于检测CaM的构象变化。通过聚合物PFP与CaM的N-末端标记的增强型绿色荧光蛋白（EGFP）的FRET效率变化,检测CaM的构象变化。与未结合钙离子的CaM相比,Ca²⁺/CaM通过较强的疏水相互作用以及较弱的静电斥力紧紧地吸附在GO表面,从而使得能量供体PFP与受体EGFP之间距离相对较远,导致FRET效率较低。此外,GO-PFP复合探针不仅能检测CaM的构象变化,还适用于检测体内CaM与靶肽结合的构象变化。3.设计、构建了一种基于侧链修饰有胍基的寡聚芴（G-OF）和含有羧基侧链的水溶性共轭聚噻吩（PTP）的CO₂刺激响应组装复合物。在水溶液中,PTP与G-OF通过静电组装形成G-OF/PTP聚集体,导致G-OF的荧光高效淬灭。在体系中存在CO₂时,CO₂通过质子化G-OF和PTP的侧链,使两者之间的静电斥力显著提升,导致G-OF/PTP去聚集,荧光信号增强（―turn-on‖）,从而达到检测CO₂的目的,并且背景噪声较低。此外,G-OF/PTP复合探针能够监测密闭空间内植物光合作用引起的CO₂浓度变化,这为基于水溶性共轭聚合物监测光合作用提供了可能性。4.基于碳酸酐酶（CA）的高效催化活性和共轭聚噻吩衍生物（PTP）的信号放大性能,设计、构建了一种CO₂刺激响应以及生物酶催化调控的聚噻吩组装。在该体系中,CO₂通过控制PTP分子之间的静电和疏水相互作用,得到了PTP的智能组装,从而导致聚合物可视的光物理性质的变化。基于CA催化水溶液中CO₂与HCO₃^-之间相互转变的高效活性,CA显著加速了PTP的CO₂刺激响应组装。此外,基于PTP的羧基侧链与钙离子的配位结合作用,构建了PTP/Ca²⁺超分子复合物。PTP/Ca²⁺组装体在CA的催化下能够仿生固定CO₂,并且具有自我荧光监视功能。5.基于螺旋聚异腈多肽（Polyisocyanopeptides,PIC）,构建了一种调控阳离子聚噻吩衍生物（PMNT）骨架构象的组装体系。在该体系中,PIC作为模板与PMNT结合,并将其刚性的结构传递与PMNT,使得PMNT的聚噻吩骨架形成高度平面、有序的构象,从而导致PMNT的紫外和荧光光谱均发生显著红移。通过改变聚合物PIC的链长,能够进一步调控PMNT/PIC组装体中PMNT的构象。此外,通过扩散NMR、X射线衍射实验以及利用三氟乙酸（TFA）部分地变性长链PIC,研究表明PMNT与PIC的组装主要依赖于PIC螺旋骨架末端非良好螺旋的特殊结构,进而解释了PMNT与PIC的组装机理。