具有生物学活性的无机-有机杂化倍频材料的设计合成

Frequency doubling materials possess advantages of strong penetration ability, high resolved localization and low phototoxicity to obtain the detailed information within cells and deep tissues, which have bright application prospect in life science field. In the present item, with the guidance of applications in biological body for the frequency doubling materials, relying on the characters of the small molecules, ions, cells and tissues in life body, frequency doubling organic small molecule ligands with bio-activities were designed and synthesized. Bio-active complexes were prepared from the designed ligands and selected inorganic component. Novel frequency doubling inorganic-organic materials were constructed from the functional organic salt or complex ions with coordination polymer. The key scientific problems, such as structure-property relationships, directional assembly, functional modification were investigated for the frequency doubling materials in the biological environment, with aid of crystal determination, theoretical calculation and photophysical properties. The interaction mechanisms between the frequency doubling material molecules and biological cells and tissue. Design and synthesis of the frequency doubling material were directed over theoretical calculation and molecular linking. The potential applications of the materials in ion sensor, biological imaging, and photodynamic therapy were searched for. The results of the investigations will grow out of a new concept for design and synthesis of novel frequency doubling materials with bio-activity.

倍频材料在生命体中具有穿透力强、定位准确、光毒性低等优点，可获得细胞和组织深层次的结构信息，在生命科学领域有光明的应用前景。本项目以无机-有机杂化倍频材料在生物体中的应用为导向，针对生命体系中小分子、离子、细胞和组织结构特点，设计合成兼具有倍频效应和生物活性有机小分子配体，选择无机组分为中心体，制备生物活性倍频配合物，或利用功能小分子修饰离子型配位聚合物，构筑无机-有机杂化倍频材料。将晶体结构测试与理论计算、光物理性质测试相结合，研究在生物环境下倍频分子材料的构效关系、定向组装、功能修饰等关键科学问题。通过共聚焦显微技术探明生物活性倍频材料分子与活体细胞或组织的作用机理。通过理论计算和分子对接，指导新型无机/有机杂化倍频材料设计合成，探索材料在离子识别、生物显影和光动力学治疗等方面的应用。本项目的研究成果将为设计制备生物活性无机-有机杂化倍频新材料及其在生命科学领域中的应用提供新思想。

本项目以红外非线性光学无机-有机杂化倍频材料在生物体中的应用为导向，针对生命体系中小分子、离子、细胞和组织结构特点，设计合成兼具有红外非线性光学倍频效应和生物活性有机小分子配体，选择无机组分为中心体，制备生物活性倍频配合物，或利用功能小分子修饰离子型配位聚合物，构筑无机-有机杂化倍频材料。将晶体结构测试与理论计算、光物理性质测试相结合，研究在生物环境下倍频分子材料的构效关系、定向组装、功能修饰等关键科学问题。通过共聚焦显微技术探明生物活性倍频材料分子与活体细胞或组织的作用机理。通过理论计算和分子对接，指导新型无机/有机杂化倍频材料设计合成，探索了材料在离子识别、生物显影和光动力学治疗等方面的应用。主要成果如下：.1、设计合成了一个D-A型的（γ;γ）三苯胺三联吡啶（tpatpy）配体，与卤化锌金属盐组装，获得了三个具有非中心对称结构的配位聚合物单晶。系统地研究了它们的晶体结构特征、稳定性、半导体性质、固体发光性质和铁电效应，发现了长棒状的氯化锌配位聚合物单晶具有双光子激发荧光性质和较强的倍频效应，且倍频效应随着样品粒径的减小而明显增强。将其应用于固定过的小鼠肝脏组织切片的三维显影，可获得很好的二次谐波显影效果，为倍频材料用于精准生物成像及定位提供了科学依据。2、以水稳定性和生物相容性良好的MOFs配位聚合物作为功能载体，成功地在载体孔道内实现了吡啶盐阳离子或配合物阳离子与客体阳离子的交换。通过吡啶盐交换获得的MOFs@Py的倍频效应明显增大。借助共聚焦激光显微镜研究了微晶尺寸该类杂化材料的单/双光子荧光和二次谐波效应，发现随着入射波长蓝移二次谐波信号逐步增强的现象，进行了生物成像方面的应用。该方面的研究成果为MOFs材料的功能化-赋予倍频效应和双光子吸收效应，进一步实现倍频材料的可控制备具有科学意义。3、设计合成了系列手性中心铱(Ⅲ)配合物，发现一种Ir配合物在晶体状态下和生物细胞环境下均表现出强的二次谐波(SHG)信号，该倍频效应具有发射峰可调谐、窄的发射光谱和优秀的抗光漂白等特性。发现其对于细胞内溶酶体的特异性靶向，并证明了其在多色标记中具有无相互干扰、可调发射的细胞成像功能。为生物相容性倍频材料用于生物成像的特异性和精准定位等方面的研究提供了实验及科学依据。