華東理工大學應佚倫Nat. Commun.: 通過電化學的方法在納米通道內實現聚集誘導發光動態過程的調控及可視化

【引言】

具有聚集誘導發光性質的熒光染料，憑借其在聚集態時較高的熒光量子產率、出眾的光穩定性以及較大的斯托克斯位移等優點，而獲得了來自各個領域的廣泛關注。目前對聚集誘導發光的機理解釋主要為分子內運動受限。以1,1-二甲基-2,3,4,5-四苯基噻咯衍生物為例，分子溶解在乙腈等良溶劑中時，激發態的能量可通過苯環的轉動消耗掉，而當分子處于聚集態時，分子內運動受限，激發態的能量只能通過輻射躍遷的方式消耗，因而觀察到聚集時熒光增強的現象。聚集誘導發光染料本征“點亮”的性質使其在檢測、成像和光電顯示等領域得到了廣泛的應用。

目前對聚集誘導發光染料“點亮”的設計思路主要包括：(1)自組裝形成聚集體；(2)和特定物質反應后，分子內運動受限；(3)切斷促進溶解的配體，在不良溶劑中形成聚集體。所有的這些原理都是基于聚集誘導發光染料在分散狀態和聚集狀態所表現出的截然不同的兩種光譜性質。一旦形成最終的聚集狀態，聚集誘導發光染料很難回復到原始的分散狀態。這個缺陷限制了聚集誘導發光染料在可逆檢測和可再生光電器件中的應用。因為難以調控聚集誘導發光染料在良溶劑和不良溶劑間的運動，實時監測聚集誘導發光染料依然存在很多挑戰。

【成果簡介】

近日，華東理工大學應佚倫教授（通訊作者）報導了通過電化學的方法在石英納米孔中實現聚集誘導發光動態過程的調控及可視化。為了實現實時調控聚集誘導發光染料的發光，作者通過電化學的方法，使聚集誘導發光染料在空間十分有限的針尖和空腔內，以1.4-2.2 μm/s的速度移動。因為孔徑的限制，聚集誘導發光染料可實現“on-off”和“off-on”的可逆轉化。作者并在這個技術利用在細胞內傳遞聚集誘導發光染料中。該成果以題為"Manipulating and Visualizing the Dynamic Aggregation-Induced Emission within A Confined Quartz ?Nanopore"發表在Nat. Commun.上。

【圖文導讀】

Figure 1. 實時監測DMTPS-DCV動態發光的裝置圖和實驗原理

(a).實時監測DMTPS-DCV動態發光的裝置圖

(b).DMTPS-DCV在1V電壓下，從通道外運動到通道內，熒光增強；DMTPS-DCV在納米通道內“on-off”的運動

(c).DMTPS-DCV在-1V電壓下，從通道空腔運動到通道針尖，熒光增強；DMTPS-DCV在納米通道內“off-on”的運動

Figure 2. DMTPS-DCV在納米通道內的可逆發光

(a).作用在DMTPS-DCV上1V和-1V的交流電；納米通道在Z軸上被分為三部分，其中在第二部分，分子具有最強熒光發射。

(b).納米通道三個部分，歸一化后的熒光強度變化

圖3. 通過電化學納米通道的方法將DMTPS-DCV注射進細胞

(a).細胞注射示意圖

(b).DMTPS-DCV注射進入細胞過程的熒光圖

【小結】

在這個工作中，作者通過電化學的方法，使聚集誘導發光染料在空間十分有限的針尖和空腔內，以1.4-2.2 μm/s的速度移動。因為孔徑的限制，聚集誘導發光染料可實現“on-off”和“off-on”的可逆轉化。作者并在這個技術利用在細胞內傳遞聚集誘導發光染料中。這個工作首次報導了聚集誘導發光染料發光動態過程的調控及可視化，為聚集誘導發光的應用打開了新的大門。

Manipulating and Visualizing the Dynamic Aggregation-Induced Emission within A Confined Quartz ?Nanopore

(Nat. Commun., 2018, DOI: 10. 1038/s41467-018-05832-y)

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