通过正交自组装构筑二级次荧光共振能量转移体系及其性质研究

Multi-step fluorescence resonance energy transfer systems, especially the multi-step fluorescence resonance energy transfer systems with multi-stimuli responsive properties have wide potential applications in many areas such as long-range energy transfer, the investigation of intermolecular interactions in complicated system, molecular switch, and the mimic of nature energy transfer. It has become one of the most important research areas in Chemistry, Biology, Informatics, Material science, etc. However, most of the reported multi-step fluorescence resonance energy transfer systems use either dendritic molecule or DNA strand as core skeleton. Therefore, it is difficult to prepare them and is hard to achieve their stimuli-responsive regulation. This proposal will focus on the construction of a series of different multi-step fluorescence resonance energy transfer systems with multi-stimuli properties via orthogonal self-assembly in high yield. Moreover, their energy transfer properties and multi-stimuli responsive properties will be investigated. Furthermore, their applications for investigating the assembly process of coordination-driven self-assembly and host-guest interaction will be carried out as well.

多级次荧光共振能量转移(FRET)体系，尤其是具有多重响应性的多级次FRET体系在研究长程能量传递、复杂分子间相互作用、分子光开关以及模拟自然界能量传递等方面具有重要科学意义和潜在应用价值，已经成为化学、生命科学、信息科学及材料科学等领域的重要研究内容之一。然而，目前已报道的多级次FRET体系主要以树枝状分子或DNA链等大分子为核心骨架，高效构筑这些大分子通常比较困难，同时也难以实现荧光共振能量转移过程的多重响应性调控。本项目将通过配位键导向自组装和主客体作用的正交自组装策略，高效构筑一系列结构多样性且具有多重响应性的二级次FRET体系，研究它们的荧光能量转移行为和多重刺激响应性质，并考察它们在研究配位键导向组装机理和主客体络合过程方面的应用。通过本项目研究，以期发展高效构筑多重响应性二级次FRET体系的方法、构筑新型二级次FRET体系并用来探索配位键导向组装和主客体作用的组装过程和规律。

多级次荧光共振能量转移(FRET)体系，尤其是具有多重响应性的多级次FRET体系在研究长程能量传递、复杂分子间相互作用、分子光开关以及模拟自然界能量传递等方面具有重要科学意义和潜在应用价值，已经成为化学、生命科学、信息科学及材料科学等领域的重要研究内容之一。然而，目前已报道的多级次FRET体系主要以树枝状分子或DNA链等大分子为核心骨架，高效构筑这些大分子通常比较困难，同时也难以实现荧光共振能量转移过程的多重响应性调控。在该基金的资助下，我们围绕多级次FRET体系的高效构筑为核心，通过配位键导向自组装和主客体相互作用的正交协同策略，分别高效构筑了一级次FRET体系和二级次FRET体系。基于该体系，首次通过荧光技术原位研究了超分子配位自组装的组装动态性和组装机理，系统研究了多级次FRET体系的荧光能量转移性质和多重刺激响应性质，包括组装体尺寸和形状与能量转移效率的关系、组装配体交换性质、组装溶剂效应等，深入理解和揭示了超分子配位自组装的组装过程和组装规律。基于对组装过程的研究，我们认识到：由于配位键的动态可逆性，往往导致超分子配位组装体的稳定性相对较弱。为了解决这一问题，在该项目的资助下，我们发展了限域配位键导向自组装新策略，构筑了稳定性强化的超分子配位组装体。此外，为了将多级次FRET体系从二维超分子大环体系拓展到三维超分子体系，我们构筑了一系列结构新颖的超分子螺旋体、超分子四面体以及超分子三棱柱，并通过酸碱调控和配体交换策略系统研究了螺旋体、四面体和三棱柱之间的构型转化，为下一步构筑三维多级次FRET体系及其动态响应调控提供了分子基础和理论依据。总之，通过该项目研究，我们发展了配位键导向自组装和主客体相互作用正交的协同策略，高效构筑了多级次FRET体系，首次实现了通过荧光共振能量转移技术研究配位超分子自组装的组装过程和组装机理。