基于重金属离子靶向识别功能的磷光传感配合物的模块化设计和应用研究

This research project is devoted to a systematic study of noble metal (Ir/Ru/Pt) complexes with novel structures and special phosphorescent sensor properties. Through targeted modular design, a series of functional organic chemodosimeters based on 1,10-phenanthroline and their phosphorescent complexes will be synthesized with a view to the coordination capability or selective reaction of different heavy metal ions. Not only will these functional phosphorescent complexes maintain the original optical properties of the noble metal complexes such as stable coordination structures, wealth of spectrum information, excellent luminescent properties and long lifetime, but they can highly selectively capture and recognize heavy metal ions with remarkable change of visible emission spectra in Stokes shift and luminescence decay response which can be determined by sensitive photophysical instruments (steady-state and transient luminescence measurements and phosphorescence lifetime measurements, etc.). The project will be an in-depth study on the modular design method, target recognition capability for different heavy metal ions and the inherent relationship between complex structures and phosphorescent properties. Moreover, their practicality and compatibility as the phosphorescence imaging of heavy metal ions in living cells will be explored and investigated. Therefore, these researches will help us further optimize the modular design of complex molecule and develop new sensor functional materials which will be more accurate, visualized, effective and rapid response systems for the target heavy metal ions.

本项目拟以结构新颖、具有磷光响应功能的Ir/Ru/Pt等贵金属配合物为研究对象，在充分考虑不同种类待检测重金属离子的配位能力或选择性反应特点下，有针对性地模块化设计并合成一系列基于1,10-邻菲啰啉的化学计量型功能有机配体，进而制备出相应的磷光传感配合物。该类配合物保留了贵金属配合物结构稳定、光谱信息丰富、发光性能良好和寿命长等特性，通过借助稳态/瞬态光谱和磷光寿命测定等灵敏的光物理手段，在详细考察其对重金属离子专一性捕捉和可见光谱响应的同时，研究发射光谱的位移变化和持久响应，并优化出识别准确、快速和检测可视化的功能传感材料。本研究项目将深入探究和总结这类复杂发光体系模块化合成方法、对重金属离子的靶向识别性、配合物结构变化和发光机理的构效关系，并探索和研究其作为生物细胞荧光成像的有效性和兼容性，并更广泛地拓展这种复杂分子材料的合理设计和实际应用。

本项目立足于磷光配合物的结构设计和识别传感功能研究，利用稀贵金属配合物优良且特殊的磷光性能和配合物结构的可调性，研究复杂发光体系对重金属离子的专一传感响应，进而实现磷光配合物在环境、分析和生物医学诊断中的光学检测应用。项目启动四年来，取得的主要成果如下：. 1. 针对不同种类待检测重金属离子的配位能力或选择性反应特点下，从多角度有针对性地模块化设计和合成了一系列不同种类基于1,10-phenanthroline的化学计量功能有机配体，总结和优化了合成方法，为后续制备稀贵金属磷光配合物提供了结构合理的功能基团；设计和合成了不同种类基于多齿配体的有机配体，建立了分步构筑磷光配合物体系的可行方案；. 2. 分别细致和完整地研究了由1,10-phenanthroline配体制备的多个（Ir、Ru）贵金属配合物的模块化合成方法；优化实现了稀土磷光配合物的可控制备。并详细研究了这些稀贵金属配合物磷光信号在金属离子、阴离子识别中的溶剂效应、pH效应、共存离子效应等必要的环境因素；. 3. 总结了磷光传感过程中的控制因素，实现了复杂发光体系对重金属离子在复杂环境或生命环境下的靶向识别，生物细胞荧光成像的有效性和兼容性，优化出了识别准确、快速和检测可视化的功能传感材料，拓展了这种复杂分子材料的合理设计和实际应用，探究了此类磷光配合物结构变化和发光机理的构效关系。. 我们已经实现了项目申请之初的基本设想，同时得到了未预料到的实验结果，这为磷光配合物传感识别的后续深入研究提供了一定的实验基础和保证。截止2017年12月31日，标注本项目基金资助的论文共计8篇，其中与本项目内容直接相关的成果已在Chem. Commun., Chem. Eur. J., Inorg. Chem., Anal. Chem., ACS Appl. Mater. Inter., Dalton Trans., J. Mater. Chem. B等专业学术期刊上发表SCI收录论文7篇（I.F.均大于4.0），其中4篇论文在一区刊物，3篇论文在二区刊物，还有部分工作正在完善和投稿中。有三项发明专利进入实质审查阶段。此外，项目负责人作为主要完成人获得甘肃省科学技术进步二等奖一项。