噻咯衍生物的應(yīng)用

1、South China University of Technology研究生課程論文（2014-2015學(xué)年第一學(xué)期）嘎咯衍生物的應(yīng)用研究生：宋波學(xué) 號201130420144學(xué) 院材料科學(xué)與工程學(xué)院課程編號S0805243課程名稱有機硅與有機氟材料學(xué)位類別任課教師提交日期：2015年01月08日研究生簽名：宋波教師評語:成績評定： 分任課教師簽名:年 月曰唾咯衍生物的應(yīng)用宋波摘要：熒光分子是一類非常有用的材料并在技術(shù)領(lǐng)域找到了一系列的應(yīng)用。如 今，大量的研究興趣集中在研究它們在OLEDs和傳感體系領(lǐng)域中的應(yīng)用。雖然, 由于低的LUMO能級和能帶隙，睡咯早在1996年就已被發(fā)現(xiàn)可用作高效的電

2、子傳輸(ET)材料，且器件的性能與睡咯環(huán)的2,5位上的取代基密切相關(guān)。但直到 睡咯的AIE現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn)才開始了對可被用作OLEDs材料的睡咯的探索。同時，AIE現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn)闡明了睡咯這一特殊的熒光分子在固態(tài)高度發(fā)光的特性，從而開辟了睡咯在光電材料、化學(xué)傳感、生物檢測、傳感及成像等多個領(lǐng)域的應(yīng)用。關(guān)鍵詞：嚏咯；聚集誘導(dǎo)發(fā)光；OLED；化學(xué)傳感；生物檢測前言硅雜環(huán)戊二烯(silole)乂稱硅咯、睡咯，是一種含硅的五元環(huán)，是環(huán)戊二烯 的一種硅類似物。與其他五元環(huán)相比，由于硅原子與相鄰的丁二烯存在。*-兀* 共甄作用，使得五元環(huán)的最低空軌道(LUMO)能量低于常見的五元芳香環(huán)，如 毗咯、吠喃、睡吩等，賦予

3、了該類化合物高的電子接受能力和電子傳輸性能， 使它們在光電材料等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景。自從Biaye和Htibel在1959 年合成第一個硅雜環(huán)戊二烯化合物，1,1,2,3,4,5-六苯基硅雜環(huán)戊二烯開始，研 究者們圍繞該類化合物的合成、反應(yīng)活性、性質(zhì)等方面展開了廣泛的研究。L OLEDs方面的應(yīng)用由于其在新型顯示器件中的潛在應(yīng)用，有機發(fā)光二極管(OLEDs)吸引了廣泛的研究興趣。為實現(xiàn)OLEDs的高的電致熒光效率，需要空穴與電子的平衡注O 113 114 MPPS HPS入與傳輸以及高效的固態(tài)熒光材料。電荷的注入可通過低功函的金屬作為陰極 或調(diào)整有機層的HOMO/LUMO能級來平衡。然而，

4、由于有機半導(dǎo)體固有的空 穴傳輸性能，電荷傳輸比較困難。因此，高遷移率的電子傳輸（ET）有機材料 非常稀少且有著巨大的需求。傳統(tǒng)的有機半導(dǎo)體遭受源自聚集態(tài)下形成的激基 締合物或激基復(fù)合物而使熒光效率降低的ACQ效應(yīng)。這一效應(yīng)一直是高效OLED 開發(fā)中的棘手問題，因為熒光分子通常以固態(tài)薄膜的形式用于OLED器件。雖 然通過將薄膜的形貌從無定形改變成晶態(tài)，空穴和電子遷移率均顯著增加，但 ACQ效應(yīng)卻愈演愈烈。這種自我矛盾難以處理。1E-5-46E-6 43E-6«2E-6-850120015501900E”2 /（v/cm嚴圖1HPS、MPPS、113、114的電子遷移率嚏咯的這種新型AI

5、E和結(jié)晶熒光增強（CEE）特性真正使得它們成為電致發(fā) 光（EL）材料的極有希望的候選。聚集包括結(jié)晶可成為提高電致發(fā)光器件性能 的積極因素。而且，睡咯是杰出的電子傳輸材料，在1.2x106 v/cm的電場下 測得MPPS薄膜的遷移率為2.1x10-6 cm2/Vs,這一遷移率可與在同一電場下測得 的最廣為應(yīng)用的電子傳輸材料Alq3 (2.3xl0-6 cm2/Vs)的媲美。HPS薄膜的電子 遷移率比MPPS薄膜的遷移率高1.5倍。最近，唐老師課題組制備了電子遷移率 更高的嚏咯，如圖1所示，通過利用瞬態(tài)EL法，測得114和113電子遷移率分別 位于5.Oxi。" cm2/vS-1.2xl

6、0-5 cm2/Vs 和3-6.3'10-6 112"5,比Alq3 的遷移率 (在電場為1.2-4.0x106 v/cni的電場下，遷移率為2.3-4.3x10-6 cm2/Vs)更高。Alq3在固態(tài)表現(xiàn)出很低的Of值，而睡咯的固態(tài)值則高得多，因此基于睡咯制 得了一系列發(fā)光二極管并得到了卓越的器件性能。對于OLED應(yīng)用領(lǐng)域來說，睡 咯是一類性能優(yōu)越的發(fā)光材料和電子傳輸材料。這些優(yōu)異的性能源于它們固有 的螺旋槳結(jié)構(gòu)和由。*-兀*共桅所產(chǎn)生的高電子親和性，這種獨特的螺旋槳結(jié)構(gòu)和 電子親和性降低了激基締合物和激基復(fù)合物形成的可能性并同時增強了電子遷 移率。據(jù)我們所知，睡咯是同時具

7、有高的載流子遷移率和固態(tài)熒光效率的發(fā)光 最好的材料之一。2 .光伏器件方面的應(yīng)用睡咯的高電子親和力刺激了我們利用這些活性材料來構(gòu)建光伏器件的興 趣。激子在給體(dono，D)-受體(acceptor A)異質(zhì)結(jié)的界面上有效分離是被大 家所公認的。咔嗖是一類著名的電子給體和廣泛應(yīng)用的空穴傳輸材料。因而， 可以設(shè)想，睡咯受體體系中咔唾給體基團的引入將創(chuàng)造出光響應(yīng)的D-A加合 物。在施加的偏壓的影響下，各自的給體和受體區(qū)域中分離的空穴和電子可穩(wěn) 定地沿著界面遷移至相應(yīng)的電極從而完成從光到電轉(zhuǎn)換的光伏過程。從圖2可以 看出，所有Cz2Hps (10)的光伏器件(器件I-VI)均表現(xiàn)出良好的光伏轉(zhuǎn)換性能

8、。 器件HI得到的結(jié)果最好，其短路電流密度、開路電壓以及填充因子分別為96.5gA/cm2. 1.7 V和0.21。盡管該太陽能電池的結(jié)構(gòu)遠不夠優(yōu)化，但它已經(jīng)表現(xiàn)出了高達2.19%的t|pv。換言之，優(yōu)化基于Cz2Hps的太陽能電池的結(jié)構(gòu)將能進一步提高器件的11PV。, Cz：HPS(5%):Aki3 blendzq/ WSU&PcoJJno837194876470 12 0 11圖2 Cz2HPS （10）的光伏器件的IV特性曲線3 .偏振發(fā)射方面的應(yīng)用近來，在合成和加工上的相當(dāng)多的精力被投入在開發(fā)用于光電顯示器件高 度極化的熒光材料上。然而，大多數(shù)的偏振熒光材料在固態(tài)下發(fā)光比較微弱

9、。 如果一種材料具有高的熒光發(fā)射效率和發(fā)射各向異性，它將會成為先進的光電 器件材料的極有希望的候選。在之前的研究中發(fā)現(xiàn)，80幾乎不結(jié)晶但表現(xiàn)出卓 越的一維自組裝性能。通過向裝在玻璃管中的80的DCM溶液（Img/mL）中加 入80的相對不良的溶劑如甲醇，立即形成了納米尺度的纖維。隨著CHQH的緩 慢擴散和溶劑的蒸發(fā)，溶液被濃縮然后體系中形成了更多的納米纖維并進一步 組裝成了微米纖維。圖3展示了微米纖維的SEM、TEM和熒光顯微照片。可 以看出，微米纖維由平均尺寸為50nm左右的長度為幾十微米的納米纖維組成。 可以預(yù)見，這些高度發(fā)光的熒光微米纖維可能會發(fā)射偏振熒光。正如預(yù)期的那 樣，80的微米纖

10、維觀察到了各向異性的熒光發(fā)射。纖維狀聚集體的在垂直方向 上的熒光發(fā)射強度（/、,）比水平方向上的人更大（圖4）,這很可能可歸因于80在微米纖維中規(guī)整的分子構(gòu)型和更好的分子排列。由于晶態(tài)下，分子被限制在 晶態(tài)格子中，進一步增強了分子構(gòu)象的僵化和熒光的取向。晶體的極化度（P） 和熒光的各向異性（】）也因此比微米纖維的更大。事實上，分子81的晶體的1， 的確遠高于4 （人h4.5）（圖4b）。受這些優(yōu)異的屬性如極化的熒光發(fā)射和固 態(tài)的高效發(fā)光的啟發(fā)，人們開始積極致力于開發(fā)和探索這類曝咯在先進的發(fā)光 器件中的應(yīng)用。8081圖3 (a), (b) SEM, (c), (d) TEM, (e), (f)分

11、子80的納米纖維的熒光照片 ne、3 一 SUOW 二U.Wavelength I nms s / aesuwiu.P-QB4 r=0 54CrystallineWavelength / nm圖4a) 79在無定型狀態(tài)下的偏振熒光發(fā)射，b) 80在結(jié)晶狀態(tài)下的偏振熒光發(fā)射。4 .蒸氣傳感方面的應(yīng)用唐老師課題組在研究AIE現(xiàn)象時發(fā)現(xiàn)，TLC板上的嘎咯分子的熒光發(fā)射可 通過暴露在有機溶劑的氣氛中或除去有機溶劑的方式被“關(guān)閉”或“開啟”山。 受到這種熒光開關(guān)行為的啟發(fā)，睡咯因此而成為可被用作有機蒸氣傳感器的極 有希望的候選。進而，該課題組的研究工作者研究了MPPS的熒光在溶劑熏蒸下 的變化山。將MP

12、PS的溶液滴在TLC板上然后將其放置在蒸氣飽和的有蓋培養(yǎng)皿 中。如圖5所示，當(dāng)MPPS在TLC板上的點暴露在氯仿中時，MPPS的熒光被猝滅。 此時，溶劑蒸氣可能濃縮然后在TLC板的表面形成了薄的液膜，從而溶解并吸 收掉TLC板上的MPPS分子進而將其熒光“關(guān)閉”。而當(dāng)溶劑揮發(fā)之后，分子再 次聚集，熒光重新“開啟”。由于變化的非破壞性，這一 “關(guān)閉/開啟”過程完 全可逆并能多次重現(xiàn)。這一熒光開光行為在其它睡咯化合物上也能觀察到，證 明這種蒸氣致變色性質(zhì)是睡咯體系的一個普遍現(xiàn)象并說明嘎咯分子是揮發(fā)性有 機化合物檢測的極富潛力的候選之一。圖5 MPPS在TLC上的照片a ）沒有氯仿，b ）暴露在氯仿

13、蒸汽后1 mni后，c ）2 min 后為獲得上述現(xiàn)象的譜圖，利用熒光光譜儀對MPPS在飽和有機蒸氣的氛圍 中的熒光變化進行了追蹤。MPPS的固體薄膜旋涂在石英比色皿的內(nèi)壁上，裝 有幾滴丙酮的小的容器被放置在比色皿的底部。隨后在不同的時間下測定嘎咯 薄膜的發(fā)射（圖6）。與TLC板上的觀察類似，MPPS的熒光開始減弱，且在暴 露在蒸氣中2 min后完全被猝滅。然而，被溶劑熏蒸的HPS薄膜的熒光發(fā)射反 而比未經(jīng)處理的膜的發(fā)射更強且更藍，這是因為溶劑的熏蒸改變了HPS的分子 結(jié)構(gòu)和分子的排列模式，也就是后來發(fā)現(xiàn)的某些特殊睡咯體系的結(jié)晶熒光增強 （ciystallization-enhanced em

14、ission, CEE）現(xiàn)象400450500550600650Wavelength I nm1.51.00.5b)ne 一 "2咯二L400450500550600650Wavelength / nm與 n' 叁 二LExposuretime / min3.53.0圖6 （a） MPPS和（b）HPS的熒光強度隨暴露在丙酮蒸汽下的時間的變化5 .二氧化碳氣體的檢測二氧化碳（CO2）的檢測無論是從職業(yè)安全、公共安全與衛(wèi)生還是社會安定 等各個與人類息息相關(guān)的層面來看，都是意義重大的。例如，礦山、污水渠隧 道或船只（潛艇）中CO2水平的監(jiān)控涉及相關(guān)職業(yè)的安全監(jiān)管

15、。休眠火山口、 溫泉及海底“煙囪”中CO2的水平的檢測有助于捕捉、地震或海嘯等危及人類 安全的災(zāi)難的早期跡象。同時，CO2的釋放還與生物體的代謝等生命過程關(guān)。 特別地，隨著環(huán)境污染的日益嚴重及溫室效應(yīng)的加劇，CO2的定量與便捷檢更 具現(xiàn)實意義。但實際檢測中，CO2傳感器要求能專一地、定量地、簡便而快地 且能抗干擾地（特別是CO2和水的干擾）檢測CCh這種無色無味的氣體。此外, 最好檢測結(jié)果能通過肉眼可見，檢測過程還要盡可能是能量和成本經(jīng)濟的。2010 年，唐本忠教授課題組開發(fā)了一種新型的基于睡咯的CO2的熒光傳感器，這一 傳感器滿足了上述絕大多數(shù)的要求。通過將大大過量（160倍）的CCh氣泡鼓

16、入二苯基胺（DPA）液體中，制 得了氨基甲酸酯類離子液體（CIL）,如圖2a所示。隨著HPS的DPA溶液中CIL 的加入，熒光單調(diào)地增強（7b）。明顯地，CIL影響了HPS的熒光發(fā)射。將熒 光強度的半對數(shù)對CIL中的CO2分數(shù)作圖得到一條直線（R= 0.9988）,如40 所示。另外，為適應(yīng)實際檢測，也考查了在水或氮氣存在的條件下該傳感器的 檢測效應(yīng)。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，水和氮氣均對該傳感器的檢測性能影響非常小。同時， 證明了該傳感器對CO2的檢測過程的工作機理如下：在極稀的HPS的DPA溶 液（37M）中，HPS的六個苯環(huán)轉(zhuǎn)子經(jīng)過活躍的分子內(nèi)旋轉(zhuǎn)有效地以非輻射 的形式消耗了激發(fā)態(tài)的能量。將CO2氣泡鼓

17、入DPA液體中導(dǎo)致了粘稠的極性 CIL對HPS的差的溶解能力。眾所周知的，粘性介質(zhì)阻礙了分子內(nèi)運動且極性 溶劑誘導(dǎo)疏水溶質(zhì)的聚集。這兩個效應(yīng)均活化了HPS的RIR過程，因此阻斷了 HPS的非輻射弛豫渠道進而開啟了CIL混合物的熒光發(fā)射。粘度和極性隨著CCh 的組份的增加而增加，從而使得HPS可定量檢測CCh氣體。圖7 a）氨基甲酸酯類離子液體的制取，b）HPS的熒光強度隨二氧化碳的加入量的變化。020406080100Fraction of CO21 vol %3 一 SUSU - BzaseJonLL圖8 HPS的熒光強度隨二氧化碳的含量的線性變化6 .爆炸物的檢測硝基芳香族化合物，例如2,

18、4-二硝基甲苯（DNT）, 2,4,6-三硝基甲苯（TNT） 及苦味酸（PA）為危及社會安定的爆炸物，也是雷區(qū)和彈藥整治網(wǎng)絡(luò)點檢測 的重要的化學(xué)物種。利用含氨基的睡咯16 （A2HPS）檢測PA的實例如下口5, 在大量的PA存在的情況下，A2HPS納米聚集體的發(fā)光減弱（Figuie 1.14）。 由Stein-Volmei曲線在0-7.2 |1M區(qū)域推算出的猝滅常數(shù)（KSV）為1.67 x 105 M1, R2 的值為 0.9930。7 .層層自組裝（LbL的監(jiān)測聚電解質(zhì)的LbL沉積被廣泛用于構(gòu)建功能固體薄膜。紫外-可見吸收常被用于組裝過程的監(jiān)控。然而，這種監(jiān)控方法要求聚電解質(zhì)帶有生色團（如聚

19、苯乙 烯）且薄膜的基底必須是透明的，如石英。LbL沉積基本上來說是一個聚合物聚集過程，因此為具有AIE活性的睡咯提高了一個原位和實時監(jiān)測的平分。8 .臨界膠束濃度（CMC）的檢測膠束無處不在。由于其作為乳液聚合中的實體單元、納米材料合成的模板 3以及可控藥物傳遞載體口等多重功能而吸引了相當(dāng)多的研究興趣。由各種天然 和合成的兩親性分子和超分子化合物已衍生出了針對各種特定應(yīng)用的膠束。然 而CMC的確定卻是一項基本的任務(wù)。一些諸如滲透壓、等效導(dǎo)電率、表面和界 面張力的方法已被確定用于CMC的測定。這些方法依賴于專業(yè)的儀器從而耗時 而昂貴。利用具有AIE活性的睡咯分子開發(fā)了一種簡便、高效且前所未有的

20、CMC的測試方法。9 ,離子檢測氟化物與細胞色素c上的三價鐵離子結(jié)合從而阻斷線粒體電子傳輸鏈。因 此，弱化物是最毒的離子，對人體健康和環(huán)境十分有害。但氟化物的應(yīng)用范圍 非常廣泛，雖然監(jiān)管的程度逐漸提高，但意外發(fā)生釋放到環(huán)境中的事故時有發(fā) 生。因此，開發(fā)靈敏的和選擇性的弱化物傳感器是高度需要的。但目前開發(fā)的 這些化學(xué)傳感器對弱化物的選擇性較差，特別是在氟離子和乙酸鹽存在的情況 下難以實行對氟化物的檢測。張德清教授課題組報道了利用1-位季錢鹽化了的 睡咯化合物（82）的聚集誘導(dǎo)發(fā)光性能實現(xiàn)弱化物的熒光開啟式檢測的工作習(xí)。 其作用機制如圖9所示，1）帶有季錢鹽基團的睡咯82在水溶液中熒光微弱但是 在

21、帶負電的兩親性化合物存在時，則由于分子間的靜電相互作用和疏水相互作 用而發(fā)生聚集；11）甄根離子極易與三氟乙酰胺基團發(fā)生反應(yīng)，形成帶負電的兩 親性化合物。因此，可以預(yù)期，在鼠根離子加入后，嘎咯82與三氟乙酰胺衍生 物的共沉淀將會發(fā)生，相應(yīng)地睡咯82的熒光將增強。實驗結(jié)果表明就根離子在 水溶液中的熒光開啟式檢測能通過曝咯82與三氟乙酰胺化合物來實現(xiàn)。圖10a展 示了隨著氟根離子的加入，睡咯熒光發(fā)射峰值的增強倍數(shù)的變化趨勢?？傮w來 看，熒光增強倍率隨著鼠根離子濃度呈現(xiàn)線性增強。故而，該檢測體系可定量 地檢測弱根離子。此外，考查了該體系對其它多種一價陰離子的響應(yīng)性，如圖 10b所示，睡咯82與三氟乙

22、酰胺化合物的混合溶液能特異地檢測氟化物。由此 可見，哩咯可用作離子檢測的高效熒光探針。10 .在生物領(lǐng)域中的應(yīng)用在含有生物大分子的酸性緩沖溶液中，陽離子型的兩親性染料分子可以結(jié) 合負電性的生物分子如DNA和RNA等或者通過靜電相互作用和疏水效應(yīng)進入 蛋白質(zhì)的本征折疊結(jié)構(gòu)的疏水口袋中。當(dāng)這些熒光分子?？吭谏锎蠓肿拥谋?面或位于其折疊的空腔結(jié)構(gòu)中時，染料分子的分子內(nèi)旋轉(zhuǎn)受到抑制，從而阻礙 了非輻射衰減并促進了輻射躍遷。利用這樣的原理，陽離子型的兩親性熒光分 子睡咯82在緩沖溶液中成功地檢測了負電性的生物分子肝素。此外，睡咯82 還能選擇性地檢測負電性的能量基元三磷酸腺甘（ATP）,并將其與結(jié)構(gòu)近

23、似 的磷酸一腺昔（AMP）和磷酸二腺昔（ADP）區(qū)分開來閉。特別地，除了利用 靜電相互作用和疏水相互作用來檢測生物大分子如蛋白質(zhì)外，特異性作用更強 的熒光探針體系在高對比度的生物檢測和成像體系中具有高度的需求。最近， Liu Bin教授課題組與唐本忠教授課題組合作開發(fā)了基于疊氮功能化的睡咯 BATPS （83）與端烘基取代的整聯(lián)蛋白avp3受體的靶向配體環(huán)狀精氨酸-甘氨 酸-天門冬氨酸三肽（cRGD）點擊反應(yīng)后得至I的cRGD共甄的熒光探針 TPS-2cRGD （如圖11）并將其用于整聯(lián)蛋白av03的特異性檢測。體外的檢測C)Qa/vwvw0»AA/VUWVt / WWWVlWeak

24、 fluorescence在DMSO/水（體積比為1:199）的混合溶液中進行，由于TPS-2cRGD在水中良 好的溶解性，其在這樣的介質(zhì)中不發(fā)光。而且，無機鹽、氨基酸、葡萄糖和維 生/vwwwvwwvStrong fluorescenceAmphiphilic Hydrophobic"Qaa/vaaa/wwvw Q<vwvw匚4Amphiphilic Amphiphilic圖9a）82的分子結(jié)構(gòu)，b）三氟乙酰筱的分子式以及其和氟基的反應(yīng)。c）分子82檢驗睛基的熒光變化ne - 二L2468 10 12 14Cyanide 110-6 M0H*/ 二 二.，二二；-/*

25、87;，", 0Biniaiillblank CN'AcO Br HSO； F* 2P04 CT 巧萌圖10a）82和三氟乙酰鉉對氨基的線性檢測行為，b）對氟基的特異性檢測素對該探針分子的熒光幾乎沒有影響。其檢測機理如圖12所示，由于TPS-2cRGD 與水互溶，故而水溶液中該分子的激發(fā)態(tài)能量通過多重苯基轉(zhuǎn)子的自由內(nèi)旋轉(zhuǎn) 立即以非輻射的形式耗散。TPS-2cRGD的水溶液中蛋白質(zhì)的加入可能導(dǎo)致兩種 情況。情況A是探針特異性蛋白如整聯(lián)蛋白avp3的加入。根據(jù)AIE過程的RIR機 理，TPS-2cRGD與整聯(lián)蛋白”平3的特異性結(jié)合將顯著地限制芳基轉(zhuǎn)子的分子內(nèi) 旋轉(zhuǎn)，進而導(dǎo)致探針熒

26、光的“開啟”。而當(dāng)與TPS-2cRGD沒有特異性相互作用 的蛋白加入探針溶液中時，溶液仍不發(fā)光，保持在“喑態(tài)”。進一步通過熒光 滴定檢測和細胞培養(yǎng)考查了TPS-2cRGD對整聯(lián)蛋白a，03的響應(yīng)性能。研究結(jié)果 表明，TPS-2cRGD能定量檢測溶液中的整聯(lián)蛋白也能對細胞膜上的cRGD和整 聯(lián)蛋白av03的結(jié)合過程進行實時成像。因此，探針分子睡咯163可被用于整聯(lián)蛋 白av|33的追蹤和鑒定整聯(lián)蛋白av|33陽性的癌細胞。可以設(shè)想，通過簡單地將肽 變成其它如抗體、適體和配體等的可生物識別的基元，睡咯可推廣到其它各種 生物體系的檢測中。NH圖11 BATPS的作用機理凝膠電泳是利用施加給凝膠基質(zhì)的

27、電場對DNA,RNA或蛋白質(zhì)分子的進行 分離的一項技術(shù)。電泳結(jié)束后，凝膠中分離了的檢測物通過熒光分子染色而使 得其在紫外光下可見。溟化乙錠（EB）是分子生物實驗室中常用的瓊脂凝膠電 泳的核酸染色劑。當(dāng)其暴露在紫外光下時，EB發(fā)射橙紅色的熒光，在與DNA結(jié) 合后，熒光強度增加近20倍。然而，EB可插入DNA中，因此，EB可能為一 種強烈的誘變劑，也可能為一種致癌劑或致畸劑。如果能找到一種低毒性和低 成本的顯像劑來替代EB,這對生物技術(shù)領(lǐng)域的發(fā)展來說將是一個偉大的成就。圖12分子83的檢測機理如前所述，當(dāng)與生物大分子結(jié)合后睡咯分子發(fā)射更強的熒光。這種行為促 使人們利用嘎咯作為生物大分子的染色劑。通

28、常情況下，在電泳前EB被預(yù)裝在 瓊脂糖凝膠中，而我們則是在電泳后利用睡咯84來對瓊脂糖凝膠進行染色。利 用EB和睡咯84作為核酸染料對兩個DNA的梯形標記物Ml和M2的凝膠電泳進 行了對比分析。盡管圖13中所示的結(jié)果是初步的，但仍可看出，睡咯84有望被 用作不同尺寸的DNA的可視化染料但應(yīng)用條件還需進一步優(yōu)化和設(shè)計。生物相容性是決定生物傳感器能否被用于體內(nèi)應(yīng)用的關(guān)鍵因素。要成為有用 的細胞追蹤劑，熒光分子既不能抑制也不能促進活細胞的生長。睡咯85的毒性 在DMSO含量小于0.1%的DMSO和水的混合溶液中測定，當(dāng)DMSO在介質(zhì)中的 量小于0.2%時，DMSO對細胞增值沒有影響陰。在85的存在下

29、，HeLa細胞同參 照實驗中的其它細胞的生長一樣（圖14）。顯然，睡咯85對活細胞無毒性。換言 之，睡咯165是細胞相容性的，不會干擾活細胞的代謝。85的優(yōu)越的生物相容 性促使人們將其用于細胞成像。當(dāng)HeLa細胞用85的納米聚集體染色后，細胞在短短的1 s的曝光時間內(nèi)便已清晰地成像（圖15）。在同等的成像條件下，商 業(yè)購買的熒光染料CellTiackeiTM Green CMFDA更細致地觀察這些熒光圖像，發(fā)現(xiàn)睡咯165的納米聚集體只染了細胞的細胞質(zhì)區(qū)域，但CMFDA分子卻染了整個細胞。這可能是由于前者是疏水的而后者是親水的。諸如CMFDA的水圖13DNA的凝膠成像a）濱化乙臟和b）分子84作

30、為酸性染料性熒光分子能通過細胞膜進入細胞。小的CMFDA分子也可通過核孔進入細胞 核。因此，CMFDA既標記了活細胞的細胞質(zhì)乂標記了細胞核（圖10c）。而曝 咯165的納米聚集體進入細胞的主要途徑是憑借內(nèi)噬作用。在這個過程中，聚集 體被細胞膜包裹形成可被細胞內(nèi)化的小囊泡。在細胞內(nèi)，納米聚集體在內(nèi)涵體 和溶酶體中進一步被處理最后從細胞器中釋放出來。然而，納米聚集體的疏水 特性阻止其進入細胞核。納米聚集體結(jié)合到細胞質(zhì)中的生物大分子上后，由于 熒光分子的分子內(nèi)旋轉(zhuǎn)的進一步受限，聚集體變得高度發(fā)光。則表現(xiàn)出了差的 染色性能，1s內(nèi)兒乎沒有HeLa細胞的影像（圖15b）。直到時間被延長至5 s時才看到清

31、晰的圖像。更細致地觀察這些熒光圖像，發(fā)現(xiàn)睡咯165的納米聚集體只 染了細胞的細胞質(zhì)區(qū)域，但CMFDA分子卻染了整個細胞。這可能是由于前者 是疏水的而后者是親水的。諸如CMFDA的水溶性熒光分子能通過細胞膜進入 細胞。小的CMFDA分子也可通過核孔進入細胞核。因此，CMFDA既標記了活 細胞的細胞質(zhì)乂標記了細胞核（圖10c）。而睡咯85的納米聚集體進入細胞的主 要途徑是憑借內(nèi)噬作用。在這個過程中，聚集體被細胞膜包裹形成可被細胞內(nèi) 化的小囊泡。在細胞內(nèi)，納米聚集體在內(nèi)涵體和溶酶體中進一步被處理最后從 細胞器中釋放出來。然而，納米聚集體的疏水特性阻止其進入細胞核。納米聚 集體結(jié)合到細胞質(zhì)中的生物大分

32、子上后，由于熒光分子的分子內(nèi)旋轉(zhuǎn)的進一步 受限，聚集體變得高度發(fā)光。85 § 0 0 0 0 8 S 4 2 東 / 至一一 qp>一石。ConcentratioiiuM圖14分子85對HeLa細胞活性的影響c)5 sCMFDA圖15 Hela細胞的熒光照片被a分子85和b和c睡咯85的納米聚集體能選擇性地對細胞質(zhì)區(qū)域染色的實驗事實給予了 AIE 活性的睡咯以不同于其它染整個細胞的細胞標記分子的獨特優(yōu)勢。在大多細胞 成像的情形下，常常需要用兩種不同的熒光分子來染同一個細胞：一個染細胞 核中的DNA,而另一個則是用于染細胞質(zhì)。因此，具有AIE性能的睡咯分子是 與DNA染色劑結(jié)合使

33、用的更好的選擇。二氧化硅熒光納米粒子（FSNPs）能提供相比于普通熒光染料更高的熒光 強度，從而在高科技應(yīng)用領(lǐng)域如超敏檢測、生物成像等領(lǐng)域找到了更多的應(yīng)用。 FSNPs通常在二氧化硅基質(zhì)中包含傳統(tǒng)的染料分子，如FITC和RITC。引入的 熒光分子即使在多重曝光后仍得到了額外的光化學(xué)穩(wěn)定性，因此可被用于長期 的細胞成像研究。然而，由于ACQ效應(yīng)，這些分子的熒光常常比較微弱口0口2。 磁性材料的引入可賦予納米粒子以磁性。對于睡咯而言，聚集增強熒光而不是 猝滅。因此，可以用于制備熒光和磁性納米粒子。結(jié)論與展望本文基于睡咯衍生物簡要綜述了它們的AIE現(xiàn)象和在各個領(lǐng)域的應(yīng)用。聚集 誘導(dǎo)發(fā)光現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn)更新了我們對光物理發(fā)展進程中聚集效應(yīng)影響的認識：聚 集行為對物質(zhì)的熒光不一定是負面因素。睡咯衍生物的聚集狀態(tài)表現(xiàn)出強烈的發(fā)光，