近日，大連化物所分子探針與熒光成像研究組（1818組）徐兆超研究員團(tuán)隊(duì)與新加坡科技設(shè)計(jì)大學(xué)劉曉剛教授合作，發(fā)現(xiàn)光誘導(dǎo)電子轉(zhuǎn)移影響熒光染料發(fā)光強(qiáng)度的量化關(guān)系。
光誘導(dǎo)電子轉(zhuǎn)移(photoinduced electron transfer, PET)是物質(zhì)和物質(zhì)間吸收、轉(zhuǎn)移、轉(zhuǎn)換能量的主要光物理過(guò)程之一。通過(guò)PET過(guò)程調(diào)控?zé)晒馊玖系臒晒鈴?qiáng)度成為發(fā)展熒光探針和生物傳感器的主要信號(hào)傳導(dǎo)機(jī)制。例如，PET熒光探針與被檢測(cè)物的結(jié)合可以抑制其PET的發(fā)生，從而顯著提高其量子產(chǎn)率；該探針具有靈敏度高、可視性強(qiáng)、時(shí)空分辨率高的特點(diǎn)。準(zhǔn)確地定量預(yù)測(cè)熒光染料的PET效率對(duì)合理開(kāi)發(fā)新型PET探針具有重要意義。
該研究團(tuán)隊(duì)在對(duì)熒光分子構(gòu)效關(guān)系深刻理解的基礎(chǔ)上，通過(guò)“實(shí)驗(yàn)與理論”相結(jié)合的研究方式，近期又發(fā)現(xiàn)了能夠半定量描述熒光染料PET效率的量化參數(shù)，定義為通用描述符 E，即熒光團(tuán)和受體的前線軌道能極差。
研究團(tuán)隊(duì)根據(jù)PET類(lèi)熒光探針的特點(diǎn)，研究了超過(guò)140種meso位苯基取代的具有熒光團(tuán)-受體結(jié)構(gòu)的熒光染料，發(fā)現(xiàn)半定量預(yù)測(cè)PET探針量子產(chǎn)率的參數(shù) E的閾值為反直覺(jué)的～0.6 eV。當(dāng) E<～0.6 eV時(shí)，熒光團(tuán)在極性溶劑中的量子產(chǎn)率很低(<20%)，PET發(fā)生；相反，當(dāng) E>～0.6 eV，熒光團(tuán)的量子產(chǎn)率在所有介質(zhì)中均較高（大部分>20%），PET被抑制。
PET能夠發(fā)生的 E及其生物學(xué)應(yīng)用
研究團(tuán)隊(duì)根據(jù)PET類(lèi)探針的特點(diǎn)，設(shè)計(jì)了6個(gè)BODIPY類(lèi)和3個(gè)羅丹明類(lèi)染料來(lái)驗(yàn)證 E閾值的規(guī)律。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)， E>～0.6 eV的3個(gè)分子B1、B2、B3量子產(chǎn)率均較高，在所有溶劑中都高于30%； E<～0.6 eV的3個(gè)分子B4、B5、B6在極性溶劑中的量子產(chǎn)率均低于1%，在非極性溶劑中的量子產(chǎn)率顯著增加（>30%），因而表現(xiàn)出極好的免洗脂滴成像和AIE性質(zhì)。3個(gè)羅丹明類(lèi)染料M1、M2、M3也呈現(xiàn)出相同的規(guī)律，分子M3具有優(yōu)秀的線粒體免洗成像性質(zhì)。
經(jīng)過(guò)驗(yàn)證， E的閾值～0.6 eV能準(zhǔn)確預(yù)測(cè)包括BODIPY、熒光素、羅丹明和硅羅丹明在內(nèi)的多種熒光團(tuán)的量子產(chǎn)率。描述符 E使研究人員能夠定量設(shè)計(jì)各種可用于生物成像的PET探針，也能作為一個(gè)有效的指標(biāo)高效指導(dǎo)設(shè)計(jì)眾多基于AIE的發(fā)光材料。
相關(guān)成果發(fā)表在《美國(guó)化學(xué)會(huì)志》（J. Am. Chem. Soc.）上。以上研究工作得到國(guó)家自然科學(xué)基金面上項(xiàng)目資助。（文/劉文娟 圖/遲偉杰）
