孙庆福课题组JACS：水溶性镧系分子笼的设计合成及其双模态成像应用研究取得重要进展

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稀土元素具有独特的光、电、磁性质，在生物成像、传感、催化、单分子磁体与上转化发光材料等众多领域中具有重要应用。配位导向自组装是制备新型金属有机多面体型超分子纳米容器的重要途径之一。与过渡金属不同，镧系离子由于配位数和构型复杂多变且难以控制，为具有特定分子组成和几何构型的镧系功能配合物的溶液可控自组装带来极大的挑战。而且目前报道的大部分镧系金属有机分子笼都是由中性基团与镧系离子鳌合，在极性溶剂（DMSO和水溶液）中极不稳定，极大的限制了它们在生物领域中的应用。

       在中科院战略性先导科技专项、国家杰出青年基金等项目的支持下，中科院福建物构所结构化学国家重点实验室孙庆福研究员团队与暨南大学陈填烽教授团队以及深圳大学李霄鹏教授团队合作，近期在水溶性高核镧系分子笼的设计合成及其双模态成像应用研究取得重要突破。作者首次利用去质子组装策略及多组分协同增强效应解决了多组分镧系分子笼在水中稳定性和溶解性差的瓶颈问题。作者设计合成了一系列具有不同弯曲角度的2,6-吡啶双四氮唑基配体，通过与镧系金属组装构筑了一系列Ln2nL3n (Ln=稀土离子；L=有机配体；n = 2, 3, 4 和 5) 水溶性镧系分子笼。它们在极性溶剂条件下表现出历史最高的光致发光量子效率：Tb8L2a12在水中的总量子产率为11.2%，Tb8L2b12在DMSO中的总量子产率为76.8%。同时，由于巨大的分子量和刚性骨架特征，钆分子笼具有极高的纵向弛豫速率r1=400.53 mM-1S-1，可以作为潜在的磁共振成像造影剂（MRI CAs）用于小鼠活体成像。与商用Gd-DTPA（实测纵向弛豫速率r1=3.75 mM-1S-1）相比，多核Gd8L2b12在肿瘤组织的成像效果更好、且保留时间更长。更进一步地，作者通过混金属组装策略成功构筑了Eu/Gd双金属掺杂分子笼，并成功展示它在细胞荧光标记和MRI双模式成像中的应用前景。该项工作不仅为水溶性多核镧系有机多面体的设计合成提供了新的思路，更为超分子材料在生物成像、载药等方面的应用提供了新的选择。
        该文章由已毕业博士研究生王卓和暨南大学副研究员贺利贞为共同第一作者完成，相关研究结果发表在J. Am. Chem. Soc.（DOI: 10.1021/jacs.0c07514）。

文章链接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.0c07514。

（孙庆福课题组供稿）

       文章来源：福建物构所

       孙庆福研究员，1983年10月生于山东曹县。2005年本科毕业于聊城大学化学化工学院，2008年硕士毕业于中国人民大学理学院，2011年9月在日本东京大学工学院获得应用化学专业博士学位并随后进行了短暂的博士后工作。在日期间获得日本学术振兴会青年科学家项目资助。2012年赴美国能源部资助下的劳伦斯伯克利国家实验室及加州大学伯克利分校进行了另一站博士后研究。曾获得2010年国家优秀自费留学生奖学金。主要从事超分子仿生自组装及超分子催化等方面的研究，研究成果发表在Science，Nature Chemistry，Angew，JACS等刊物上。2013年以高层次人才引进到物构所工作，任研究员，课题组长。

       陈填烽，暨南大学化学与材料学院副院长，教授，博导。致力于硒的化学设计与肿瘤诊疗应用研究，获得国家万人计划、国家863 计划及国家自然科学基金项目等项目的资助；先后入选教育部新世纪优秀人才支持计划、国家 863 青年科学家、广东省杰出青年基金项目、霍英东青年教师奖及万人计划青年拔尖人才。近5年来在本领域主流杂志发表论文超过150 篇，申报中国专利32项，授权美国专利1项，实现技术成果转化6项。