新型多形态聚集诱导发光材料的设计合成、调控与应用

Piezochromic aggregation-induced emission materials as a class of “smart” materials have been a new research hotspot recently. These materials are widely used in many fields such as mechanosensors, memory chips, security inks, optoelectronic devices and so on, and have attracted considerable interest. Most of piezochromic aggregation-induced emission materials perform the mechanochromism between crystal and amorphous states, suffering from the finite emission forms and unclear mechanism, which will seriously limit their development. Recently, diphenyldibenzofulvenes bearing polymorphism-dependent emission have been developed and provide new opportunities for the development of piezochromic aggregation-induced emission materials. However, many chemical and physical problems involved the understanding and tuning of the polymorphism-dependent emission for diphenyldibenzofulvenes have confused researchers, and the application based on the property of polymorphism-dependent emission for diphenyldibenzofulvenes has rarely been developed so far. Thus, this project will focus on development of a series of new derivatives of diphenyldibenzofulvenes with desirable polymorphism-dependent emission and tuning of their emission behaviors by the self-assembly of surfactants and the membrane structures in cells, and then develop their application in biomedical imaging and polymer mechanochromism. The successful implementation of this project will be benefit for understanding the relationship between structure and property in aggregate, implying an considerable significance in research and application.

压致变色聚集诱导发光材料受到人们极大关注，是新兴的研究热点，在应力传感、信息存储、商品防伪和发光器件等领域具有潜在应用前景。大部分压致变色聚集诱导发光材料是基于晶态和无定形态之间转化，存在发光形态单一、且机理解释不清等问题，在很大程度上限制了该领域的发展。最近，芴苯乙烯类压致变色聚集诱导发光材料的开发以及其多形态发光性质的发现，为该领域带来了新的机遇。然而，对芴苯乙烯多形态发光的理解和调控尚存在很多问题，尤其是应用方面更是鲜为被开发。因此，本项目拟设计合成新型多形态发光芴苯乙烯分子，探究其更多发射颜色的多形态发光性质，并通过表面活性剂自组装和细胞内膜结构来可控调节。进而，开发其在生物医学成像和聚合物机械力发光变色等方面的应用。本项目的顺利实施将有益于理解聚集体结构与性能关系，具有重要的理论研究意义与实际应用价值。

针对分子聚集发光领域中新材料开发、聚集态发光性能精准调控、以及新应用拓展等研究热点、难点，本项目制备了多形态发射N,N-二甲基芴苯乙烯分子，通过聚集微环境调控，成功制备了高效发光纳米晶，应用于生物成像。开发了一种分子片基全量子激发态计算方法，相对于传统QM/MM方法更精准地理解多形态发光的光物理机制。为更深入揭示聚集微环境与分子聚集体光物理性质之间的构效关系，本项目不局限于芴苯乙烯体系，拓展了有机小分子基和聚合物基功能聚集诱导发光材料的研究。针对有机小分子，围绕π-π相互作用，构建特定聚集微环境，调控分子聚集体光物理性质。一方面，为阻隔不利于发光的π-π堆积，通过阴离子-π+非共价相互作用构建高效纯有机室温磷光（RTP），实现纯有机单组分白光发射和极低背景的活体成像；提出结晶诱导激发态“暗-亮”反转新机制，发展了固态发射可调的方酸菁体系，实现了单晶-单晶可逆结构和发光转变，解决了传统方酸菁聚集发光猝灭难题。另一方面，合理利用π-π相互作用，可以调节聚集体吸收和发射红移，由此，构建了具有双自由特征、稳定、宽太阳光吸收的有机小分子高效光热材料，具有分子局域/电荷转移杂化态、孤立二聚体或J聚集特性的聚集态高效发光的近红外荧光分子，成功应用于海水淡化和生物成像。在聚合物聚集微环境调控方面，利用聚集诱导发光性质，发展了自愈合和自稳定沉淀聚合过程中聚集微环境变化的荧光可视化监测新方法，开发了多功能荧光自愈合材料和荧光聚合物微/纳粒子，应用于荧光防伪、生物医学等领域；提出了有效增强纳米受限微环境构建AIE纳米点的新方法，实现单一发光组分的高效近红外发射和活性氧物种（ROS）产生，克服临床上吲哚菁绿（ICG）的低发光效率、化学/光不稳定以及发光效率和ROS产生无法兼顾的不足。在本项目和其它项目共同支持下，申请人团队共发表SCI论文17篇，申请发明专利4项（已授权1项）。