基于聚集诱导发光的新型红色荧光纳米材料

新型荧光纳米材料的设计合成及其在生物成像和传感等前沿领域的应用是国内外学术界一个热点课题。传统的荧光标记材料主要有荧光蛋白和无机量子点等,但是这些材料存在光稳定性差,毒性大等缺陷,很大程度上阻碍了它们在生物体内的实际应用。由有机小分子或高分子制备的纳米材料具有毒性低,容易官能化,发光波长可调等优点,受到了广泛的关注,特别是具有红光或近红外发光的纳米材料,更是受到科研工作者的青睐。这类材料在减少背景干扰,提高生物组织穿透能力,降低细胞损害等方面表现得更出色。BODIPY是一类被广泛研究的含硼杂环的荧光染料,在光电器件、化学传感器和生物荧光探针等方面具有潜在的用途。大多数BODIPY染料在溶液中具有良好的发光,但是在聚集状态下,如纳米颗粒、固态薄膜等,由于自吸收和分子间相互作用力的影响,它们的发光大大减弱,这一聚集导致的荧光猝灭极大地限制了BODIPY染料的应用。聚集诱导发光是2001年由香港科技大学唐本忠教授课题组发现的一种独特的发光现象,一些在溶液中几乎不发光的分子在聚集状态下却能发出很强的荧光,与传统的聚集导致荧光猝灭完全相反。这一重要发现为解决荧光分子的聚集荧光猝灭问题、设计高效率聚集态发光材料提供了新的思路。

华南理工大学赵祖金教授报道了在BODIPY环上引入具有聚集诱导发光效应的四苯基乙烯来解决BODIPY聚集荧光猝灭的方法,并对材料的构效关系进行了阐述。研究发现将四苯基乙烯连接到BODIPY的2,6-位上能够有效地增强分子的Stokes位移,使发光波长红移,并提高材料的聚集态发光效率,而且随着四苯基乙烯基团的增多,分子的双光子吸收和双光子发射截面值也随之升高。通过与新加坡国立大学刘斌教授课题组等的合作,将四苯基乙烯修饰的BODIPY(3TPE-BODIPY)包裹到二硬脂酰磷脂酰乙醇胺的聚乙二醇衍生物(DSPE-PEG2000)中,成功制备了生物相容性良好的红色荧光纳米粒子,这类荧光纳米粒子在单光子和双光子细胞成像和脑血管三维立体成像等方面表现出了优异的性能,是一类新型的生物荧光标记材料。相关结果作为封面文章发表在Particle & Particle Systems Characterization上

相关工作得到了国家自然科学基金,浙江省自然科学基金的资助。部分实验工作由赵祖金教授在杭州师范大学材料与化学化工学院带领学生完成。