基于介离子的新型有机室温磷光材料的构建与性能研究

Organic luminogens with persistent room temperature phosphorescence (RTP) have attracted great attention for their wide applications in optoelectronic devices and bioimaging. However, these materials are still very scarce, partially due to the unclear mechanism, lack of molecule scaffolds and designing guidelines. Mesoionic compounds contains neutral five-membered heterocycles and have advantages in synthesis, modifications and biocompatibility. Thus, this project will mainly focus on the rational design and synthesis of a series mesoionic compounds with excellent RTP properties for the first time. The interactions between molecule structures and RTP properties, underlying mechanism will be studied. And their potential bioimaging and molecule biomarker applications will be exploited after functional modifications.

有机室温磷光材料由于在室温下具有长达秒级别的高灵敏度磷光信号，在新兴的有机光电材料、防伪材料、生物长时成像领域具有重大的研究意义和应用潜能。然而，有机室温磷光材料的设计、构建与应用仍处于起步阶段，面临分子骨架缺乏、发光机理不清晰和应用局限等重大问题和挑战。. 介离子型化合物具有五元芳香中性杂环独特结构，有易于合成、结构丰富、可修饰性强、生物兼容性好等特点，基于合理设计后是一类极具潜力的有机室温磷光材料。本项目将首次通过合理设计，构建基于介离子的新型有机室温磷光材料，并对其分子结构与发光性质间的构效关系进行深入研究，解析介离子型有机室温磷光材料的发光机理，结合理论计算研究建立完善的分子设计理论体系。. 利用纳米材料技术构建具有优异室温磷光性质的功能性纳米材料，实现有机室温磷光材料在生物成像中的应用，探索其在癌症靶向生物成像、生物大分子标记与追踪等领域的应用潜力。

目前新型发光材料的主要设计策略是：1)）延长体系的共轭；2）增强体系的推-拉电子结构。但是共轭的延长与推-拉电子结构强度的增加往往会导致结构的不稳定性和发光效率的降低，尤其是在聚集态中。因此，发展具有聚集诱导发光性质的新型发光材料将有利于在光电器件、传感、生物成像与诊疗中应用。本项目设计并构建了一类全新的介离子型聚集诱导发光分子，并首次对其光物理性质和发光机理进行了研究与解释，探索了其在细胞、细菌以及小鼠模型脑部生物成像中可能性。基于介离子化合物的独特分子内强推-拉电子结构特点，集中在分子内推-拉电子结构的调控、分子运动对激发态能量的耗散、以及分子间氢键的贡献进行了系统的结构与机理研究，用以构建具有近红外荧光发射、优异的聚集诱导荧光/磷光发射、优秀的光动力/光热治疗效果的多功能发光材料。这些成果将有助于理性设计和构建结构丰富的介离子型聚集诱导发光分子，并实现在生物体内的活体成像、疾病诊断和疾病治疗等研究，尤其是在重大脑部疾病中的探索。