环糊精媒介的两亲性卟啉超分子组装体的光控发光行为

通过超分子组装方法构筑的刺激响应纳米材料具备构筑简单、调节方便、重复性良好等特点,因此备受人们的关注。能量传递作为刺激响应发光材料的一种最重要光物理工具,广泛应用于生物传感、光动力治疗、光控单线态氧、上转换荧光设备以及光控发光超分子系统等。在众多用于生物传感的荧光染料中,近红外荧光染料具有较低的细胞毒性、最小的血红蛋白干扰、较高的组织穿透能力,更有利于成像细胞和组织。此外,光具有无毒无添加、低廉可控的特点,因此相对于其它的外部刺激是一种极佳的外部刺激手段。光刺激和近红外发射是发展新型的先进发光材料和生物材料的两个最重要的特征。然而,构筑一种具有生物相容性的、兼有多种近红外荧光染料的光控近红外发光纳米系统,仍然存在着巨大的挑战,至今鲜有报道。

最近,南开大学化学学院的刘育课题组采用超分子的手段构筑一种可在水环境中实现光控近红外荧光开关的纳米超分子组装体。在这一研究中,作者巧妙地设计三种组分,即光开关能力的二芳基乙烯修饰的全甲基化β-环糊精、两亲性羧酸卟啉、两亲性花箐染料,通过自组装的方式形成三元球形纳米超分子组装体。在这个组装体中,全甲基化β-环糊精与卟啉的包结疏散了卟啉之间的H-型堆积,从而实现卟啉的荧光强度急剧增强。另外,卟啉与花箐染料之间能量匹配,卟啉的激发能量可通过共振能量转移(RET)传递给花箐染料,进一步实现近红外荧光增强。然而,卟啉与二芳基乙烯的关环体(不发光)能量匹配,且与其开环体不匹配,可实现光开关卟啉到二芳基乙烯的能量传递过程。由于卟啉与二芳基乙烯之间的距离短于其与花箐染料之间的距离,因此当该系统在紫外光照射下,二芳基乙烯处于关环体时,卟啉的激发能量传递给二芳基乙烯关环体而不发光;当该系统在可见光照射下,二芳基乙烯处于开环体时,卟啉的激发能量传递给花箐染料而发射较强的近红外荧光。通过超分子自组装构筑的三元超分子组装体可通过不同波长的光来控制卟啉与花箐染料之间的能量传递过程,从而实现光控近红外荧光开关的功能。

该项研究结果为设计和发展新型的光控发光材料和生物材料,进一步拓展为光刺激响应的逻辑开关、分子机器和其他的光响应分子器件提供了一种新的思路。相关论文在线发表在Advanced Optical Materials (DOI: 10.1002/adom.201700770)上。

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