染料分子激發態釋能調控與功能強化

《染料分子激發態釋能調控與功能強化》是依託大連理工大學,由彭孝軍擔任醒目負責人的重點項目。

基本介紹

• 中文名：染料分子激發態釋能調控與功能強化
• 依託單位：大連理工大學
• 項目類別：重點項目
• 項目負責人：彭孝軍

項目摘要

我國染料生產以大宗紡織染料為主，高新技術染料大都被國外壟斷。與大宗染料注重基態性質不同，高新技術染料更依賴染料激發態的性能，如染料對雷射反覆掃描的耐光穩定性、染料螢光對客體和微環境的選擇性回響等。本項目通過染料分子結構的設計，採用分子內電子轉移、分子內基團扭曲振動等方法，調控染料分子內激發態的能量釋放，從而實現如下三個重要的染料分子功能的強化：①引入電子受體或可轉動基團，使染料激發態產生快速的內轉換而釋放能量，避免光氧化發生，實現染料分子優異的耐光性能；②設計智慧型染料母體，在激發態時能根據金屬離子和質子與其分子內配體結合後產生的化學位區別，來調控電子轉移的選擇性，解決質子干擾難題，得到與老年神經退化疾病相關的酸性溶酶體內鋅離子定量檢測的螢光可視化染料；③通過轉動基團的設計及其激發態粘性抑制的研究，得到血紅細胞內粘度螢光染料探針，為血漿粘度增大和心血管疾病早期預警提供可行性依據。

結題摘要

隨著生物、信息等技術的發展，染料在生物醫學、信息等諸多領域的展現出重大套用前景。但與傳統印染相比，新領域套用要求染料具有新的功能，成為染料科學研究的挑戰。 項目從染料分子激發態釋能關鍵科學問題入手，通過研究染料激發態分子內電子轉移釋能行為，提出了釋能調控新機理，研製了系列新結構染料，獲得了腫瘤細胞螢光識別的螢光探針，強化了染料耐光性能，實現了新染料在血液細胞分析和耐紫外噴墨列印中的規模套用。 （1）提出將染料和酶抑制劑組成電子轉移摺疊結構，構建了多個腫瘤細胞特徵酶螢光探針。以腫瘤高爾基體內高表達的COX-2酶抑制劑作為識別基團，研製出COX-2酶螢光染料探針，“點亮了腫瘤細胞高爾基體”，可裸眼區分腫瘤、炎症與正常組織，為臨床手術中尋找腫瘤和確定邊界提供了簡易方案。 （2）發現環境極性可以改變激發態電子轉移的方向和強度，由此得到生物微環境極性螢光探針。設計出隨微環境極性增加、基團給電子能力降低的染料探針體系，研製出比率識別細胞內極性的螢光探針，觀察到癌細胞線粒體極性低於正常細胞特異現象，可望成為腫瘤細胞檢測的新判據。 （3）提出激發態壽命的調控新策略：“增強型光誘導電子轉移”使之降低、單∕三重態共振使之延長。將增強電子電子轉移策略用於構建螢光探針，實現了癌細胞內基底次氯酸的檢測和成像；套用於噴墨列印染料設計，猝滅單線態氧，提高了染料的耐光性能；而通過使單線態和三線態共振，可延遲壽命近千倍，為提高光動治療中單線態氧產率提供了新手段。 研究成果發表論文83篇（IF>10的11篇），授權國內外發明專利45項（包括國外專利20餘項），在國際國內學術會議做邀請報告49次。形成了特色的染料激發態調控的新理論和新方法，螢光識別染料及其套用獲2013年國家自然科學二等獎；解決了多個套用性能難題，其中耐候性噴墨列印染料和血液細胞分析染料得到規模化產業套用。