近日，有机电子与信息显示国家重点实验室范曲立教授、尹超教授团队在激发态调控优化活体荧光成像领域取得重要研究进展。相关成果以“Alkyl-Doping Enables Significant Suppression of Conformational Relaxation and Intermolecular Nonradiative Decay for Improved Near-Infrared Fluorescence Imaging”为题发表在国际学术期刊Angewandte Chemie International Edition（《德国应用化学》）上。重点实验室范曲立教授、尹超教授和西北工业大学胡文博教授为共同通讯作者，硕士生梁钰莹为论文第一作者。
苝酰亚胺（PDI）及其衍生物具有强的光捕获能力、持久的光稳定性和良好的生物相容性，在近红外荧光成像领域应用广泛。然而，PDI发光单元在水介质中易发生强烈的π-π堆积从而导致其荧光的急剧猝灭。针对PDI衍生物近红外成像性能的优化进行了一系列探索，但由于缺乏对该类材料发光内在机制的深入研究，目前在生物环境中方便有效地提升PDI衍生物的荧光性能仍具有挑战性。
针对上述问题，团队提出了一种在PDI衍生物纳米颗粒内部创造非极性烷基氛围的策略以增强其荧光，并实现活体肿瘤成像和长期监测。通过Sonogashira偶联反应在PDI的“湾”位置引入寡聚苯撑乙炔（OPE），制备出近红外发射的PDI衍生物OPE-PDI。较大的OPE片段不仅通过增大共轭度使PDI的发射光谱发生红移，而且通过扭曲PDI共轭平面削弱了发光单元的π聚集以降低荧光猝灭效应。光物理性质研究表明，OPE-PDI在介电常数较小的有机溶剂（如正己烷）中表现出明显增强的荧光性能。激发态动力学研究和理论计算表明，弱静电诱导效应显著抑制了发光过程中分子内构象弛豫和分子间非辐射跃迁，从而有效提升了该类材料的荧光性能。受此启发，在制备OPE-PDI纳米粒子时，将十八烷掺入颗粒内部以构建模拟正己烷氛围的非极性环境，其荧光性能提升了3倍。优化的纳米颗粒被成功应用于活体肿瘤的实时成像和生长状况的长期示踪。本工作不仅开发了一种基于PDI衍生物的活体成像探针并阐明了其在特定溶剂氛围下荧光增强的内在机制，而且提出了构建烷基氛围提升发光单元在生物环境中荧光性能的有效策略。
该研究得到了国家自然科学基金、江苏省自然科学基金、江苏特聘教授计划及有机电子与信息显示国家重点实验室主任基金等项目的支持。
图:（a）十八烷掺杂前后OPE-PDI纳米颗粒的激发态能量耗散示意图；（b）掺杂十八烷的OPE-PDI纳米颗粒用于活体肿瘤实时成像和生长状况的长期监测示意图。
撰稿：尹超 编辑：陈宁娜 审核:凌海峰