【材料】Angew：唐本忠院士团队研发新型易获取离子型AIEgen
The following article is from 聚集诱导发光AIE Author 聚集诱导发光AIE
离子型荧光团在化学检测、生物成像、发光器件、医学诊疗等领域具有广泛的应用。然而，传统的离子型荧光团通常需要较为繁琐的合成及纯化过程，还会受到聚集诱导猝灭（ACQ）效应的影响。发展简便易得且具有聚集诱导发光（AIE）性能的离子型发光团对推动相关领域的研究具有重要的意义。近日，香港科技大学唐本忠院士团队报道了一种只需一步反应得到的水溶性离子型荧光团。利用该荧光材料的氢键可调控发光和AIE性能，可有效区分具有不同氢键给予能力溶剂，同时还实现了对活细胞及小鱼幼体的免洗成像。
传统的离子型荧光团通常需要多步合成，且由于自身带电荷使得分子极性较大而给分离提纯带来困难。另一方面，传统发光团通常具有较大平面结构，在固体状态下易发生π-π堆积而导致荧光猝灭（ACQ）现象。因此，为节约人力、财力和时间成本以及克服ACQ的限制，亟需发展简便易得的AIE离子型荧光材料。本工作中，在室温下将腈基取代的甲基苯并噻唑（BTA）与NaH及TMS-Cl反应，只需通过简单的过滤操作即可高效得到一种新型的离子型AIE材料。DBTA的晶体发强烈的绿光，单晶结构分析表明分子存在两个分子内氢键。在MeOH-THF溶剂体系中，随着THF含量由0%增加80%，DBTA的荧光强度逐渐增强，但发射峰位置保持480 nm不变。当不良溶剂THF含量超过90%，DBTA开始发生聚集，荧光强度继续增强且发射峰红移至与晶体类似的绿色。在H2O-DMSO溶剂体系中，随着DMSO含量增加，DBTA荧光持续增强且发射波长保持不变，荧光增强达400倍。
DBTA合成路线、晶体结构以及在不同溶剂体系中的发光性质
（来源：Angew. Chem. Int. Ed.）
由于DBTA在强质子性溶剂中荧光很弱，而非质子性溶剂中荧光很强，DBTA具有区分不同氢键给予能力溶剂的潜力。在水溶液中DBTA几乎不发光，随着溶剂给质子能力降低，480 nm处荧光显著增强，且325 nm处吸收逐渐降低，420 nm处吸收逐渐增强。这种现象的机理为：在非质子溶剂中，由于分子内氢键的存在，使得DBTA分子结构具有较大刚性，分子内运动受限（RIM）造成的非辐射跃迁速率降低，从而导致较强的荧光；在强质子性溶剂（如水）中，DBTA与溶剂形成分子间氢键，分子内氢键被破坏，造成DBTA分子结构扭曲而容易发生自由转动，非辐射跃迁速率增大而荧光猝灭。量子化学理论计算模拟表明，DBTA的扭曲构型的吸收波长短于近平面的构型，共轭程度也小于近平面构型，与实验结果一致。单晶结构分析显示，DBTA分子在晶体结构中形成二聚体，但二聚体之间没有明显的π-π堆积作用。同时，晶体结构中存在多重分子间及分子内的相互作用，大大降低了晶体中DBTA分子的非辐射跃迁速率。因此，晶体及聚集体的较强绿色荧光可归因于DBTA二聚体的形成及较小的非辐射跃迁速率。
（A）DBTA在不同溶剂中的吸收剂发射光谱（B）DBTA扭曲构型和近平面构型通过氢键调节机理示意图（C）DBTA分子扭曲构型及近平面构型的前线轨道
（来源：Angew. Chem. Int. Ed.）
DBTA在水溶液中几乎完全不发光，因此，利用其该特性可实现生物体系中的免洗成像。激光共聚焦荧光成像实验结果表明：DBTA染色的HeLa细胞在未经洗涤的情况下显示出较高的信噪比；采用传统商用染料Cy3染色的HeLa细胞未经洗涤却显示出很强的背景荧光。同时，DBTA染色的细胞在持续光照30 min后荧光强度仍然保持在90%以上，表明DBTA具有良好的光稳定性。另外，DBTA染色的活体小鱼幼体不经洗涤过程也表现出较高的信噪比 。
DBTA在HeLa细胞及活体小鱼幼体中的免洗成像
（来源：Angew. Chem. Int. Ed.）
该研究发展了一种新型简便易得的离子型AIEgen，大大降低了合成成本。DBTA具有氢键可调控荧光，既证实AIE的分子内运动受限（RIM）机理，也具有区分不同氢键给予能力的溶剂的性质。此外，利用DBTA实现了活细胞及小鱼幼体的免洗生物成像，可以简化成像操作及减小对生物样品的干扰和损伤。
这一成果近期发表在Angew. Chem. Int. Ed.上（DOI: 10.1002/anie.201800772），文章的第一作者为香港科技大学陈韵聪博士，张卫杰博士为生物成像部分提供了帮助，蔡元婧博士在理论计算部分提供了帮助，本文的通讯作者为唐本忠院士。
通讯作者：
唐本忠院士
论文链接：
http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.201800772/full
课题组：
http://tangbz.ust.hk/index.html
本文转自公众号"聚集诱导发光AIE"，已获授权
免责声明：部分资料来源网络，转载目的在于传递信息及分享，并不意味赞同其观点或其真实性，也不构成其他建议。仅提供交流平台，不为其版权负责。如涉及侵权，请联系我们及时删除。邮箱：editor@chembeango.com
了解更多最全、最新论文快讯
登录CBG官网（www.chembeango.com）
下载ChemBeanGo APP
CBG资讯∣知识就是力量
长按识别二维码，加关注
即刻打造你的科研圈