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富勒烯和8-羟基喹啉衍生物具有重要的生物活性和光电性能,本论文设计合成了8-羟基喹啉和富勒烯功能化分子,研究了其在干细胞增殖、抗氧化、电致发光器件以及染料敏化纳米晶TiO2薄膜太阳能电池薄膜电极修饰中的潜在应用。
1.设计合成的8-羟基喹啉和富勒烯分子的功能化产物,用质谱、核磁共振谱以及红外、紫外光谱对其结构进行了表征。用量子化学方法从理论上预测了这些化合物的部分性质,结果表明化合物6和8的HOMO轨道分布在取代基上,LUMO轨道分布在C60上,基态时分子内存在电荷转移。金属配合物中中心原子Zn在前线轨道中占的比例很小,HOMO的电子云主要集中在8-羟基喹啉配体的苯酚环上,LUMO的电子云主要集中在吡啶环上。跃迁时电荷主要由含氧的苯酚环流向含氮的吡啶环上。为预测该系列配合物属配体中心发光化合物提供了理论基础。
2.通过组织工程技术体外分离和培养所需的靶细胞用于体内相关疾病的细胞或组织替代治疗已为多种临床疾病的治疗提供了新的途径,骨髓间充质干细胞由于来源较广,分离培养较为容易,且植入反应较弱易于控制,是一种良好的替代治疗的靶细胞。但其中间充质干细胞含量较少,约占骨髓单个核细胞的10万分之一；而且扩增速度慢。因此,获得充足的骨髓间充质干细胞是研究和应用骨髓间充质干细胞治疗疾病的前提条件。为了寻找干细胞增殖促进剂,本论文中用MTT法和流式细胞术评价了8-羟基喹啉衍生物和富勒烯C60及其衍生物对鼠骨髓间充质干细胞增殖的影响。MTT法结果表明2-位乙烯基-8-羟基喹啉衍生物能够促进鼠骨髓间充质干细胞增殖,特别是化合物19,20,22;而5-位亚胺基8-羟基喹啉衍生物和富勒烯C60及其衍生物对鼠骨髓间充质干细胞增殖没有影响。流式细胞分析结果与MTT法一致,表明2-乙烯基-8-羟基喹啉衍生物能够促进S期细胞含量以及鼠骨髓间充质干细胞数量增加。这些结果说明2-乙烯基-8-羟基喹啉衍生物是鼠骨髓间充质干细胞有效的增殖促进剂,为实现rMSCs体外增殖调控提供了新的物质,为进一步研究小分子调控干细胞增殖机理提供了实验基础。
3.自由基会引起人类多种疾病：阿尔兹海默症(AD,也称老年性痴呆)、帕金森氏症(PD)、中风、炎症、衰老、老年斑、心血管疾病等；同时自由基还与病毒感染以及肿瘤生成、癌症转移等有相当密切的关系。因此,研究和发现新的抗氧化药物可以深入至保肝、防治老年性痴呆、预防心血管疾病、抗炎、抗病毒等多种用途。本论文从清除DPPH自由基、·OH自由基、·O2-自由基和抗脂质过氧化等方面说明了8-羟基喹啉衍生物的抗氧化作用。结果表明8-羟基喹啉衍生物9具有清除DPPH自由基能力,随着浓度的增加,清除率逐渐增高,但随着浓度增加到一定值后,清除率趋于平缓；化合物9清除超氧阴离子自由基O2·能力比氧化型谷胱甘肽GSSG强,而弱于还原型谷胱甘肽GSH,且清除率随浓度的增加而增强；在浓度为0.83 ug/mL时化合物9对·OH自由基的清除率为56.9％,略低于叔丁基羟茴香醚(BHA)的清除率65％：然而,化合物9并不具备抗脂质过氧化的能力,抑制率为1.3％。
4.设计合成具有电子传输,空穴传输功能基于一体的光电材料,组装单层电致发光器件,可以减少加工工艺过程和制作成本,避免了在组装多层器件在掺杂过程中可能出现的相分离等难以克服的困难,从而提高组装器件发光亮度,发光效率和工作寿命。本文设计合成了含咪唑的2-位取代的8-羟基喹啉金属配合物,研究了其光致发光和电致发光性能。利用紫外可见吸收光谱采取高斯拟合的方法,计算得到配合物10的光学带隙Eg为2.80eV,与第二章理论计算得到的结果(2.86eV)相吻合。由于咪唑环的引入,配合物具有很高的热稳定性以及较高的荧光量子产率(在DMF溶液中为0.273),高于8-羟基喹啉铝在DMF溶液中的荧光量子产率0.116。将配合物制备成单层发光器件ITO/10(50nm)/Al(100nm),其电致发光光谱最大发射峰位于557nm,发绿光。器件制备过程中,并未对阴阳极界面进行修饰,也没有对各层厚度进行最优选择,因此器件亮度最高仅达323cd/m2,启亮电压为9.5V,亮度效率最大为0.74 cd/A,能量效率为0.16 lm/W;性能优于在同等条件下用2-甲基8-羟基喹啉锌制备的单层电致发光器件(亮度114cd/m2,亮度效率0.1 cd/A)。
5.为了使TiO2薄膜有效的利用太阳光,在其表面吸附一层光敏剂。本文将8-羟基喹啉引入富勒烯分子表面以增加富勒烯衍生物与TiO2的结合力,对其作为染料敏化纳米晶TiO2薄膜太阳能电池薄膜电极修饰材料进行了初步研究。发现染料C60-Cz和化合物3吸附在薄膜上没有发生化学反应,薄膜晶型在处理前后没有发生变化,不会改变其晶型。水热法成的薄膜比涂膜法形成的薄膜稍为平整致密,但仍为多孔薄膜。富勒烯衍生物在TiO2薄膜表面粒子上附着,并未填充到薄膜形成的孔洞中。紫外光谱表明,吸附了C60衍生物后吸收光谱范围变宽,有望拓宽半导体纳米晶多孔薄膜电极光谱吸收范围,使其能有效利用可见光能。