同济大学刘国锋课题组：激发依赖发光的Au(I)-BSA纳米粒子用于细胞多彩成像

同济大学刘国锋特聘研究员、路庆华教授与华东理工大学马骧教授等合作，利用超分子组装与配位共价合成策略，将牛血清白蛋白（BSA）与四氯金酸三水合物经过较温和的过程制备出兼具水相簇聚激发依赖（Ex-De）发光和金属-配体电荷转移（MLCT）磷光发射的Au(I)-BSA纳米粒子，并实现了该类材料在可见光区发光范围的全覆盖（360-800 nm）；同时，基于其良好的生物相容性以及簇聚发光的Ex-De特性，被用于细胞的多彩成像。该研究为开发绿色安全、温和高效的生物材料提供了一种新的选择。

Ex-De发光材料可通过简单切换激发光波长，实现材料发光颜色（波长）的变化，在光电显示、生物医学成像和信息安全等领域具有潜在应用价值。目前，已有多种Ex-De发光材料，如单分子有机化合物、多组分复合材料、量子点、金属配合物和簇聚诱导发光材料等被开发报道。然而，这些材料存在合成条件苛刻（如高浓度、高温高压）、操作繁冗、制备成本高、生物相容性差或发光波长可调范围较窄等不足。如何构筑一种制备条件温和、生物相容性良好、颜色丰富可调的水相Ex-De发光生物材料仍存在挑战。

近日，同济大学刘国锋特聘研究员、路庆华教授与华东理工大学马骧教授等利用BSA与Au(I)配合物间形成Au-S共价键和在水相组装增强发光的策略，在较温和的水相反应条件下，构筑了一系列Au(I)-BSA 纳米发光体（图1）。具体而言，作者发现制备合成的Au(I)-BSA 纳米粒子在水溶液中具有荧光与磷光的双发射属性，根据发光弛豫动力学测试结果分析，确定为429 nm处的荧光发射峰和615 nm处的磷光发射峰。研究发现，短波长处的荧光发射表现出Ex-De发光特性，随着激发波长的增加，其发射峰从429 nm可逐红移至516 nm。发光机制研究结果表明，Au(I)-BSA 纳米粒子中BSA链间的有序组装提高了BSA中α-螺旋结构的比例，而α-螺旋结构中的分子内氢键进一步提升了BSA链间的紧密聚集程度，促使纳米粒子内部形成多种簇聚发光中心，从而在低浓度（0.1 mg/mL）下即可表现出良好的Ex-De发光特性。而615 nm处的磷光发射则是由于Au(I) 配合物中金属配体电荷转移（MLCT）过程增强了自旋-轨道耦合，促进了电子的系间窜越过程所致。因此实现了该发光体宽发射波长范围覆盖（360-800 nm），为其多色发光调控提供了可能。同时基于生物源BSA 和Au(I) 配合物良好的生物相容性，作者展示了其在Hela细胞的多色成像效果。此外，作者研究还发现Au(I)-BSA 纳米粒子在固态时也显示良好的Ex-De发光特性；通过压片可以进一步增强其固态发光，并在真空环境观察到绿色的室温磷光。

图1. 水溶性Au(I)-BSA 纳米组装体的合成策略、发光机制与性能及其用于Hela细胞的多彩成像示例。

综上所述，该工作利用组装增强发光策略，巧妙地将组装态BSA的簇聚诱导发光和Au(I) 配合物磷光发射融合到Au(I)-BSA单一复合纳米粒子水相发光体系，在提升材料发光效率的同时拓宽了发光波长范围，实现了可见光区的激发波长依赖多彩发光，并展示了其在Hela细胞的多色成像效果，为Ex-De发光材料在生物医学成像领域的潜在应用提供了一种新的方法。

详见：Xuejuan Wang, Guofeng Liu, Kuo Fu, Xuping Li, Mengting Yao, Qinghua Lu，Liangliang Zhu, Xiang Ma. Au(I)-BSA nanocomposites with assembling-induced excitation-dependent multicolor emission for dynamic cell imaging. Sci. China Chem. 2022, DOI: 10.1007/s11426-022-1405-9.

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