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Eu3+配合物的自组装诱导发光及其生物成像应用

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IMAGE: Eu3+配合物自组装诱导发光(SAIL)示意图及其在温度和HClO生物成像中的应用 view more 

Credit: @Science China Press

近期,兰州大学唐瑜、严纯华团队在稀土Eu3+配合物刚性分子结构设计基础上,提出了一种无需封装或杂化过程即可获得具有自组装诱导发光(Self-Assembly Induced Luminescence, SAIL)特征、且尺寸可控的Eu3+配合物纳米颗粒(Eu-NPs)的新策略,并利用荧光强度及寿命信息将该自组装体系应用于生物成像研究。相关成果发表于《国家科学评论》(National Science Review,NSR)。

目前,由组装诱导发光的高效发光材料如室温磷光和聚集诱导发光材料,在化学传感、分子封装、光学编码等领域受到了研究者的广泛关注。然而,迄今对于配体三重态能级到中心离子进行能量传递而敏化发光的稀土配合物,在组装状态下的发光性质研究亟待深化。在这项工作中,研究者设计合成出具有咔唑衍生物配体和大的π-π共轭电子结构的两亲性Eu3+配合物,并在溶液中自组装成具有优异水分散性和可控粒径的Eu3+配合物发光纳米颗粒。荧光性质研究表明,该组装体具有自组装诱导发光(SAIL)效应;同时,基于组装体荧光强度和寿命的刺激响应性,还可通过稳态荧光和时间分辨检测进行温度和HClO的生物成像。

该文对组装体在水溶液中的荧光寿命和量子产率变化进行了深入研究。表明自组装能有效减少发光中心周围的水分子数量,从而降低由水分子的O-H键振动导致的荧光淬灭作用;当分子自组装在一起时,由于彼此的约束作用,极大地限制了Eu3+配合物的分子内旋转或振动,从而产生了在水体系中发光增强的现象。基于配合物在水溶液中的有效自组装,通过测定不同温度下的稳态和瞬态荧光变化,该文还研究了该组装体的温度传感特性。组装体作为荧光寿命温度传感器的相对灵敏度优于目前文献已报道的稀土基温度传感器。同时,通过Eu3+配合物与IR-780染料的共组装,成功构建了一种荧光共振能量转移系统,可以作为比率型双光子荧光探针,实现对水溶液和活细胞中次氯酸的高灵敏度和高选择性检测。

在这项工作中,研究者通过分子设计成功实现了水溶液中稀土配合物的自组装诱导发光,该策略为稀土配合物发光材料的发展及其在生物成像和治疗中的综合应用提供了新思路。

该工作得到了国家自然科学基金、甘肃省引导科技创新专项资金及111基地经费的支持。

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文章信息:

Self-assembly induced luminescence of Eu3+-complexes and application in bioimaging
https://doi.org/10.1093/nsr/nwab016

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