新研究實現分子內電荷轉移染料“熒光反轉”

分子內電荷轉移染料“熒光反轉” 。華東理工大學供圖

　　近日，華東理工大學化學與分子工程學院朱為宏課題組在一項最新研究中揭示了有機染料“熒光反轉”機制，該研究成果在線發表于《自然—通訊》。

　　分子內電荷轉移（ICT）是設計生物傳感染料和熒光成像的重要可視化機制，但ICT染料的供體單元與含羰基、酰基等吸電子檢測物種發生專一性響應后，會顯著抑制分子內電荷轉移過程，不可避免地導致熒光猝滅現象，長期以來嚴重限制了ICT熒光團在精確傳感和生物標記方面的信噪比、靈敏度。目前如何克服強吸電子物種的熒光猝滅，一直是基于ICT染料發展探針的重大挑戰，也是嚴重制約其發展的瓶頸。

　　該研究團隊發展了一種簡單的、普適性的“熒光反轉”分子設計策略，如將吲唑等分子砌塊插入ICT熒光團，通過調節分子內旋轉驅動能（ΔERDE），成功解決了強吸電子誘導ICT染料熒光猝滅這一挑戰難題。具體來說，通過逆轉分子內旋轉驅動能量ΔERDE，從而使傳統ICT染料的猝滅模式轉變為點亮模式。

　　同時，研究人員借助單晶結構、二維核磁分析和量子化學計算，證實了電子密度擾動可以通過調控ΔERDE實現“熒光反轉”。研究人員還從經典的激光染料吡喃腈出發，將“熒光反轉”策略擴展至其他ICT熒光團，精準調控發射波長從可見光區至近紅外區，進一步證明了“熒光反轉”策略的有效性與可推廣性。

　　“熒光反轉”染料具有強吸電子熒光點亮的獨特性質，因此研究人員已將該類染料應用于點亮型檢測吸電子性的神經毒氣和乙酰轉移酶等。

　　專家表示，這項研究成果擴展了生物分析工具箱，為發展高保真、即時診斷技術的發展提供新的設計平臺與機遇。