陕西师范大学房喻课题组：多波长激发的多模态光敏剂

陕西师范大学房喻教授团队设计合成了一种具有宽谱吸收特征的苝二酰亚胺-咔唑五分体PBI-4Cz，经由环境极性改变可实现氧活化和光热转化路径的高效调控，由此构成了一种优异的宽谱激发多模态光敏剂。

光学诊疗集成像技术（荧光成像，光声成像）和治疗手段（光动力治疗，光热治疗）于一体，具有非侵入性、空间分辨率高等突出优势，在癌症诊疗领域应用潜力巨大。已有研究表明，与单一成像或治疗技术相比较，成像与治疗协同对于癌症诊断治疗更加有效。

多功能光敏剂可以将光吸收产生的激发态能量转化为对氧分子的活化和热能的产生，因此，发展兼顾成像、光动力和光热治疗性能的高效“all-in-one”光敏剂是光学诊疗一体化技术发展的核心。有机光敏剂结构多样，可设计性强，已被广泛用于光学诊疗。光敏剂性能取决于光诱导分子激发态过程，通过选取不同的电子给体和受体，研究并调控分子激发态动力学行为，无疑有助于加深对光学诊疗本质的理解，有助于高性能光学诊疗试剂的创制。

最近，陕西师范大学房喻教授团队以苝二酰亚胺作为电子受体，以咔唑为电子给体，通过在苝二酰亚胺四个肩位同时引入咔唑基团，实现了分子内电子给受体间的强耦合。所获得的苝二酰亚胺-咔唑五分体PBI-4Cz吸收范围拓宽至700 nm，荧光呈暗态。飞秒瞬态吸收光谱研究表明，无论是在固态还是溶液态，在有效吸收波长内任何波长的光激发均可引起PBI-4Cz的快速电荷分离（<0.5 ps）。所形成的电荷分离态PBI˙^--4Cz˙⁺可经由两个途径返回基态，即：第一、电荷重组，以热辐射的形式回到基态；第二，系间窜越形成三线态，将能量转移给氧气分子回到基态。伴随此过程产生单线态氧（活性氧物种之一）（见下图）。研究发现，在甲苯中PBI-4Cz单线态氧产率可达90%以上，在DMSO中光热转化效率为28.6%。依此，可以经由环境极性改变实现对PBI-4Cz激发态过程的高效调控，从而有望实现成像、光动力与光热治疗一体化。本工作为研究激发态动力学，关联光敏剂性能提供了范例，为构建性能更加优异的一体化光学诊疗材料提供了新的思路。

论文第一作者为陕西师范大学博士研究生王朝龙，通讯作者为房喻教授和刘太宏副教授。 详见：Wang Z, SunY, Lin S, Wang G, Chang X, Gou X, Liu T, Jin S, He G, Wei YC, Chou PT, Fang Y. Orthogonal carbazole-perylene bisimide pentad: a photoconversion-tunable photosensitizer with diversified excitation and excited-state relaxation pathways. Sci. China. Chem., 2021, 64, DOI:10.1007/s11426-021-1154-0.

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通讯作者简介

房喻 陕西师范大学化学化工学院教授，长期从事薄膜荧光传感和分子凝胶研究工作。先后主持863重点项目、重大科学仪器专项、国家基金委重点项目等项目30余项，发表论文240余篇，获授权发明专利40余项。作为主持人获陕西省科学技术奖一等奖3项，获中国化学会胶体与界面化学专业委员会中国软物质研究杰出贡献奖。培养了包括全国百篇优博论文奖获得者、博新计划入选者和国家级人才计划入选者等在内的一批优秀人才。主持研制的隐藏爆炸物荧光探测装备和毒品荧光探测装备实现了工业生产和规模销售；主持研制的软模板基轻质高强聚苯乙烯泡沫（STPS）材料示范产线建设工作正式启动。

刘太宏 陕西师范大学化学化工学院副教授，2012年毕业于陕西师范大学获工学博士学位，2012-2017年分别在美国中佛罗里达大学（UCF）和新泽西理工学院（NJIT）从事博士后研究工作，2017年10月入职陕西师范大学化学化工学院。主要关注近红外双光子荧光探针的结构创新和性能优化，并探索其在环境污染物、有毒有害化学品检测、生物示踪成像等领域应用研究。先后主持省部级项目2项，发表学术论文40余篇。

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