管伟江、吕超：设计并制备了一系列发光团位置可调的AIE型阳离子胶束

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近日，我院管伟江副教授、吕超教授团队在《Angew. Chem. Int. Ed.》发表题为“Chemiluminescence Resonance Energy Transfer Efficiency and Donor–Acceptor Distance: from Qualitative to Quantitative” (Angew. Chem. Int. Ed.2021, https://doi.org/10.1002/anie.202102999)的全文研究文章。

       化学发光共振能量转移（CRET）是将化学反应产生的供体分子激发态能量转移到受体分子的能量转移过程。由于化学发光供体不需要外部激发光源、没有自发荧光和光漂白，因而在分析检测等众多领域表现出优异的性能。然而，学界对于CRET过程的理解还停留在其遵循Förster共振理论的假设上（能量转移效率与供体-受体距离的六次方成反比），缺乏有效的实验数据来证实CRET效率与CRET供体-受体距离之间的定量关系。基于此，研究团队通过将四苯基乙烯（TPE）共价连接到与十二烷基三甲基溴化铵（C12TAB）阳离子头基相邻的第四、第八和第十二个甲基上，设计合成了三种聚集诱导发光（AIE）型阳离子表面活性剂：C8-TPE-C4TAB、C4-TPE-C8TAB和TPE-C12TAB。它们具有相近的表面活性（临界胶束浓度约为45 μM）与光学性质（发射波长约为485 nm），能够在水溶液中形成粒径相近的球形胶束。同时，TPE在胶束中聚集后会产生强烈的荧光，是性能优异的能量受体。另一方面，鲁米诺作为化学发光供体在碱性水溶液中形成鲁米诺阴离子，通过静电相互作用锚定到AIE型阳离子胶束的表面，此时供体-受体距离约等于阳离子头基-TPE距离，分别为11.9 Å、17.3 Å和22.4 Å。通过测定不同胶束条件下的鲁米诺化学发光光谱，获得相应的CRET效率。利用Förster公式（E = R06 / (R06 + r6)，其中R0是Förster距离、r是供体-受体距离）计算出对应的Förster距离分别为26.3 ± 0.3 Å、26.9 ± 0.1 Å和26.3 ± 0.1 Å，表明鲁米诺与TPE组成的供体-受体对具有相同的Förster距离；进一步地，通过共振能量转移公式E = (R0/r)j / [(R0/r)j + 1]（其中R0是E = 50%时的供体-受体距离，j是距离依赖系数）计算出距离依赖系数j = 6.0 ± 0.1，证明了CRET效率与供体-受体距离的六次方成反比，与Förster共振理论一致。
       综上，这项工作设计并制备了一系列发光团位置可调的AIE型阳离子胶束，成功用于测量CRET效率与CRET供体-受体距离之间的定量关系。为验证化学发光供体与受体之间的Förster共振能量转移过程提供了一种可行的方法，本研究将会对CRET机理的深入理解和CRET跨学科应用起到促进作用。


      文章来源：北京化工大学
        吕超， 男，北京化工大学化工资源有效利用国家重点实验室教授、博士生导师，兼任北京化工大学分析测试中心主任。2009年入选北京化工大学“高层次人才引进计划”，2011年入选教育部新世纪优秀人才支持计划， 2012年获“中国分析测试协会科学技术奖”（简称“CAIA奖”）一等奖，其研究领域包括功能化纳米生物环境分析、光谱分析和食品快速检测新技术。