新型光控聚集诱导发光多苯硫基芳香化合物的设计及其在动态生物成像的应用

Recent years, aggregation-induced emission (AIE) materials have received extensive attention at home and abroad for their broad application prospects in new optoelectronic devices, chemical/biosensing, bioimaging and so on. The luminescent properties of aggregation-induced emission molecules are mainly dependent on the influence of mixed solvents or molecular states, the number of the currently reported organic fluorescent molecules that can aggregate in-situ in single solvent is a little less, greatly limiting the prospects for widespread application. It is of great significance to develop new AIE materials through structural design and to develop new control methods, and using light as regulate strategy has unique advantages. A class of polyphenylthio aromatic compounds that can generate an in-situ aggregation process is proposed in the project, under the light irradiation stimulus, the molecular spatial configuration transition can be induced, which in turn changes the solvent affinity of the molecule, thereby resulting in the AIE process. After the light is removed, the molecular spatial configuration can recover, causing the aggregation state to transform into dispersion state, resulting in the disappearance of luminescence. Using the luminescence on/off characteristics of such molecules, the in-situ AIE process as molecular probe in cells and small animals as well as the reversible behavior will be studied. And the research purpose of real-time bioimaging and high-resolution bioimaging can achieve through developing dynamic fluorescence bioimaging technology for such molecules.

聚集诱导发光材料在新型光电器件、化学/生物传感、生物成像等方面具有广泛的应用前景，多年以来受到国内外的广泛关注。聚集诱导发光分子的发光性质主要依赖于混合溶剂或分子状态的影响，目前报道的在单一溶剂中发生原位聚集的有机荧光分子数量较少，极大限制了其广泛应用的前景。通过结构设计开发新型聚集诱导发光材料以及发展新的调控手段具有重要的意义，以光为调控手段具有独特的优势。本项目提出了一类能够在单一溶剂中发生原位聚集过程的多苯硫基芳香化合物，在光照刺激下，能够诱导这类分子空间构型变化，继而改变分子对溶剂的亲疏性，从而导致聚集发光的过程。在光照撤去后，分子空间构型得以恢复，引起聚集态转变为分散态，导致发光消失。利用这类分子的发光开/关特性，研究其作为分子探针在细胞和小动物体内的原位聚集诱导发光过程及其可逆行为，开发这类分子的动态荧光生物成像技术，从而实现实时生物成像和高分辨生物成像的研究目的。

多苯硫基芳香化合物是一类典型的聚集诱导磷光分子，在发光、显示、传感和成像等领域均具有广泛的应用前景。这类化合物有着空间高度扭曲的空间结构，分子结构中含有的C-S-C 键具有可高度旋转的特性，能使激发态构象产生扭曲，具有结构和组成的多样性与可调变性，从而为光照诱导激发态下的聚集变化提供基础。这类分子在分散状态下发光不明显，形成聚集态以后表现出明显的磷光现象。为了进一步丰富光控聚集诱导发光分子体系，本项目以分子的设计和合成为目的，对这类分子进行了合成及性质研究。. 针对当前聚集诱导发光方向的原位性刺激研究，本项目拟通过将聚集诱导磷光多苯硫基母核和刺激响应性官能团相结合，以能量转移、分子构型转变为基础，去实现外界刺激下的发光变化。研究了不同取代基、不同外界刺激、不同分子环境下的光照及其它刺激响应引起的形貌变化及发光变化，为实现这类材料的进一步应用去提供新的分子体系。通过本项目的实施，首先以无取代的六苯硫基苯化合物为研究对象，探索了其在有机溶剂中的光控聚集诱导发光现象，对光照过程中存在的光氧化过程进行了研究，提高了光控聚集诱导发光的效率，为光控聚集诱导发光的研究提供了理论意义；然后利用吡啶基团能够与酸、离子等作用的性质，实现了多刺激条件下的荧光向多色磷光的转变，丰富了刺激响应性多苯硫基发光分子体系；此外，通过手性分子的引入，实现了这类材料的圆偏振发光的设计；最后，对多苯硫基分子在凝胶基质中的光相应性及多刺激响应性进行了研究，实现了自修复水凝胶中的光控聚集诱导发光及多刺激下的多色发光，进一步实现这类材料在凝胶体系中光控信息加密以及仿生应用。