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教育成效

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我校在聚集诱导发光材料功能调控及其应用方面取得新进展

化学与化工学院日期:2023-05-30点击:

近日,我校化学与化工学院郑正研究员团队在有机聚集诱导发光材料(AIE)功能调控及其应用研究领域取得系列新进展,相关研究成果以“Molecular and Aggregate Synergistic Engineering of Aggregation-Induced Emission Luminogens to Manipulate Optical/Electronic Properties for Efficient and Diversified Functions”和“A Bright Two-Photon Lipid Droplets Probe with Viscosity-Enhanced Solvatochromic Emission for Visualizing Lipid Metabolic Disorders in Deep Tissues”为题,分别发表在国际著名期刊ACS Nano(ACS Nano 2023, 17, 8782−8795.)和Advanced Functional Materials(Adv. Funct. Mater. 2023, 2303627.)上。上述研究工作得到了国家自然科学基金等项目资助,江南体育官方入口(中国)股份有限公司均为第一通讯单位。

有机发光材料由于在各个研究领域的重要应用而受到广泛关注,在实际应用中常常以薄膜、聚集体或晶体的状态工作。目前,有机发光材料的光物理性质调控主要依赖于在分子水平上对分子结构进行共价修饰,这不仅需要复杂且耗时的有机合成工作,而且无法准确地预测材料在聚集状态下的光物理性质。近年来研究表明,有机荧光分子在聚集体或固体状态下的光物理性质与其分子构象和分子间相互作用密切相关。这表明通过调控同一分子的聚集态有望赋予材料不同的光物理性质和功能,对基础研究和实际应用具有重要意义。

郑正研究员团队与香港中文大学(深圳)唐本忠院士和浙江大学钱骏教授团队合作,通过构筑推拉电子结构,以咔唑为共轭桥,开发了一种合成简单的AIE化合物ACIK。ACIK在不同溶剂中重结晶可获得三种固体状态(ACIK-Y、ACIK-R和ACIK-N),具有黄色至近红外的荧光发射,荧光波长差异可达102 nm。作者系统阐明了ACIK分子与其不同固态光物理性质之间的构效关系。其中,ACIK-Y固体粉末对机械力有显著荧光响应性,表现出黄色至近红外的荧光变化。梭形ACIK-R微晶表现出光波导特性,具有低光学损耗系数。ACIK纳米颗粒具有特异性脂滴靶向能力,并被成功应用于小鼠脑血管的双光子荧光成像,显示出较高的组织穿透深度和空间分辨率。该项工作不仅展示了一种简单的分子和聚集体协同工程策略用于调控AIE分子的固态发光特性和功能,而且进一步加深了对固态下分子结构和材料性能间关系的理解。

利用分子和聚集体协同工程策略调控固态发光及功能(ACS Nano 2023, 17, 8782−8795.)

论文链接:https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsnano.3c02134?ref=PDF

此外,脂滴(LDs)是一种广泛存在于大多数细胞和生物体中的动态细胞器,其代谢异常与许多疾病紧密相关。脂滴数量、大小、极性、组成和分布的变化往往反映了细胞或组织内的代谢状态。荧光成像由于操作简单、结果直观、灵敏度高等优点已广泛应用于对细胞和组织中脂滴的可视化。相较于单光子荧光成像,双光子荧光成像具有更高的分辨率和组织穿透深度。其中,具有灵敏极性响应特性的双光子脂滴探针相对缺乏。因此,设计具有灵敏极性响应的双光子脂滴探针用于监测脂滴在深层组织脂质代谢紊乱过程中的数量、大小、极性等理化性质的变化,对于生物医学研究和临床诊断具有重要意义。

基于此,郑正研究员团队与香港中文大学(深圳)唐本忠院士和南方医科大学郑磊教授团队合作,开发了一种合成简单的AIE探针DPBT,其对环境极性和粘度具有灵敏的响应性,表现出显著的粘度增强溶剂致变色发光效应。此外,DPBT还具有大的斯托克位移(163 nm)、较高的固体荧光发射效率(56.4%)和优异的双光子吸收(124 GM,880 nm)性质。生物实验表明,DPBT可用于细胞和多种小鼠组织(动脉粥样硬化斑块、肝脏和肠系膜脂肪组织)中脂滴极性分布的双光子荧光成像,具有优异的组织渗透性、较高的成像对比度和组织穿透深度。结果显示,高脂血症小鼠组织中的脂质沉积及其极性分布与正常小鼠组织存在明显差异,说明DPBT可用于监测小鼠组织中的脂质代谢紊乱情况。该工作不仅为研究脂滴相关的生理和病理过程提供了一种性能优异的荧光脂滴探针,而且为合理开发AIE探针用于脂滴极性分布可视化提供了范例。

极性敏感AIE探针用于生物组织脂质代谢紊乱可视化(Adv. Funct. Mater. 2023, 2303627.)

论文链接:https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adfm.202303627

(郑正/文 郑正/图 张金锋/审核)

责任编辑:周慧

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