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科技成果
高性能主-客体有机磷光材料及其在时间分辨生物成像中的应用
发布者: 发布时间:2021-04-23

近日,李振教授团队联合南开大学丁丹教授团队在高效率、长寿命纯有机室温磷光(RTP)材料开发与应用方面取得了突破。他们报道了一种通过将RTP主-客体集成在一个掺杂系统中以形成三重态激基复合物来提高有机材料的磷光性能的新策略。通过这一新策略获得了一批性能出色的纯有机RTP材料,利用这些材料余辉时间长(分散在水溶液中长达25分钟),磷光效率高(43%)的优点,首次成功实现了活体小鼠中肿瘤的高对比度标记。该研究成果以“High Performance of Simple Organic Phosphorescence Host Guest Materials and their Application in Time Resolved Bioimaging”为题在国际材料学领域顶级期刊《先进材料》(Advanced Materials,影响因子:27.398)发表。亚 - 搏ag到账速度快的博士研究生王雲生,南开大学博士研究生高贺麒为本文共同第一作者,共同通讯联系人为青年教师杨杰博士、丁丹教授、唐本忠院士和李振教授。

目前,常见的RTP材料系统都是基于无机或有机金属配合物而开发。从材料成本和安全性等角度考虑,有机室温磷光材料在一些领域更具优势。但是,纯有机RTP材料较为稀缺,特别是在大气环境中兼具高效率(ФP> 20%)和长寿命(τP> 10 s)的有机RTP材料,其开发难度更大。一方面,源自“效率”和“寿命”之间天然的竞争关系难以平衡;另一方面,目前缺乏行之有效的有机RTP材料设计策略,这些因素极大地限制了纯有机RTP材料迈向实际应用的步伐。

在材料构筑过程中,基于能级水平和分子结构方面的考量,研究人员合成了一系列吩噻嗪衍生物作为掺杂系统的客体,其相应的氧化产物被选为主体。这些构建掺杂体系的主-客体对,在共结晶、研磨或加热刺激下,都能获得明亮的RTP发射。由于材料具有超长的磷光持续时间,因此在随后的活体磷光成像中无需实时进行光激发便能轻松捕捉材料发光信号,是第一例在体内成像过程中无需实时光激发的体内磷光成像。

此外,该工作报道的磷光材料还能利用肝脏肿瘤和正常组织间微环境的不同,实现肿瘤诊断。M-CH3纳米晶的磷光会被血液中的Fe2+/Fe3+离子淬灭,但是在脱离血液环境时却能够恢复,这些被“关闭”和“开启”的磷光会形成强烈对比,共同标记并勾勒出肿瘤轮廓。最后,单晶结构和理论计算表明长寿命RTP是三重态激子在客体分子的三重态和激基复合物(三重态)之间来回“跳跃”的结果,相似的能级水平是该过程的重要前提。作者通过对比实验及一系列光谱分析进一步确认了这一过程。该工作是有机室温磷光材料领域取得的重要进展。以往有关构建掺杂系统的工作,研究人员常常更加注重主-客体分子间的能量过程,而忽略结构的设计。该项工作向我们展示了合理的结构设计,不仅对保证材料性能大有裨益,而且还能获得令人惊艳的综合表现。

撰稿人:王雲生

论文信息:

https://doi.org/10.1002/adma.202007811

High Performance of Simple Organic Phosphorescence Host Guest Materials and their Application in Time Resolved Bioimaging

Yunsheng Wang, Heqi Gao, Jie Yang, Manman Fang, Dan Ding, Ben Zhong Tang, Zhen Li

Adv. Mater. 2021, 2007811, DOI:10.1002/adma.202007811

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