李振等：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

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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。天津大学博士研究生王雲生，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。
       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


       文章来源：天津大学
       李振，教授，天津大学分子聚集态科学研究院院长，国家杰青。先后主持国家自然基金委重点项目、科技部973课题等，在Chem. Soc. Rev.、Nat. Commun.、Chem、Adv. Mater.、Angew. Chem.等发表SCI论文200余篇，他引10000余次，h指数为59。曾获国家自然科学一等奖、宝钢优秀教师特等奖提名奖、霍英东教育基金会青年教师奖、湖北省自然科学一等奖、中国化学会青年化学奖等。担任《有机化学》、《中国科学：化学》等杂志编委。主要研究方向为有机共轭体系和功能高分子，研究范围涉及二阶非线性光学、聚集诱导发光、有机发光二极管、纯有机室温磷光、力致发光、传感器、太阳能电池、磁性纳米材料等。
      丁丹，男，1982年8月出生。2005年本科毕业于南京大学化学系，2010年毕业于南京大学高分子系并获得理学博士学位。2010 年8 月加入新加坡国立大学化学与生物分子工程系从事博士后研究。2013年3月加入南开大学生命科学学院任教。丁丹课题组的研究方向为新型分子影像探针的设计、制备与生物医学应用。课题组主要发展基于“聚集诱导发光”荧光分子以及半导体共轭高分子等材料的新型分子影像探针，并致力于发展能够应用于肿瘤、组织缺血等重要疾病的诊断与治疗的新材料与新方法。2013年以来，丁丹先后入选了南开大学“百名青年学科带头人”、天津市“青年科技优秀人才”等人才计划，并于2016年获得了国家自然科学基金委“优秀青年”科学基金项目的资助。迄今为止，以通讯作者或第一作者在Nature Communications, JACS, Advanced Materials, ACS Nano等重要国际期刊上发表了SCI论文50余篇，研究成果受到国内外同行专家的广泛关注，H-index为36（截至2018年6月22日）。