非平面构型的聚集诱导发光两亲分子的自组装行为研究及其在生物成像中的应用

Molecular self-assembly, the spontaneous process that isolated molecules form ordered structures through intermolecular interaction, provide a deep understanding of both life and nature, as well as a bottom-up method for functional materials. Up to now, planar conjugate molecules are always employed to fabricate self-assemblies, while few studies are focused on non-planar conjugate molecules since their twisty configuration prevent the close and ordered stacking. Aggregation- induced emission (AIE) molecules attract the most attentions among non-planar molecules because AIE molecules exhibit the unique characteristic of strong luminescence in the aggregated state, endowing them with the potential for luminescent materials. With the aim to study the self-assembly of non-planar molecules, aggregation-induced emission (AIE) molecules are used in this project. we will synthesize a series of AIE amphiphiles with different hydrophilic and hydrophobic groups, and then systematically study their self-assembly behavior in aqueous solutions, hoping to obtain the relationship between molecular structure and the size/ morphology of the aggregates. At last, we will investigate the influence of the size and morphology of AIE aggregates on their cell imaging. This project will push the self-assembly of non-planar molecular forward, and provide a perfect theory for the self-assembly of aggregation induced emission (AIE) molecules with specific morphologies and sizes, as well as the visualized entrance into cells of organic nanoparticles.

分子自组装是相互独立的分子通过弱相互作用力自发形成有序结构的过程，不仅可以模拟生命现象、认识自然规律，还能提供自下而上的材料制备方法。但是，大部分自组装是基于平面共轭分子来构建的，而很少有研究是针对非平面分子，因为非平面分子扭曲的空间结构不利于分子的靠近与作用。因此，如何让非平面分子进行自组装是重大挑战。AIE分子是非平面分子中的明星分子，具有在聚集态明显发光的独特性质，常用来制备发光材料。本项目拟利用聚集诱导发光AIE分子来系统地研究非平面分子的自组装行为，通过合成一系列具有不同亲疏水基团的AIE两亲分子，研究这些AIE两亲分子在水溶液中的自组装行为，以获得分子的结构与聚集体形貌尺寸的关系，并考察聚集体的尺寸、形貌对其细胞成像效果的影响。本项目的实施将完善和推动非平面分子自组装的发展，为制备特定形貌、尺寸的聚集诱导发光自组装材料提供理论基础，也能直观地了解有机纳米颗粒进入细胞的过程。

分子自组装是相互独立的分子通过弱相互作用力自发形成有序结构的过程，不仅可以模拟生命现象、认识自然规律，还能提供自下而上的材料制备方法。但是，大部分自组装是基于平面共轭分子来构建的，而很少有研究是针对非平面分子，因为非平面分子扭曲的空间结构不利于分子的靠近与作用。因此，如何让非平面分子进行自组装是重大挑战。聚集诱导发光（AIE）分子是非平面分子中的明星分子，具有在聚集态明显发光的独特性质，并且荧光强度与聚集体紧密程度密切相关，这种特点提供了通过荧光研究自组装的方法。因此，本项目以聚集诱导发光分子为基础系统地研究非平面分子的自组装行为，并探索了不同组装行为对聚集体的尺寸、形态及其荧光、光动力和光热性质的影响，并研究了组装体在生物成像和治疗中的应用。其主要内容如下：.1)AIE分子的有序自组装。通过静电作用将AIE分子和离子型两亲分子结合，探究了AIE分子从游离分子到有序囊泡结构的自组装过程，以及该过程中分子构型的变化，从分子尺度上得到了AIE分子形成囊泡的机理和方法，加深了非平面分子自组装的认识。.2)尺寸可控的自组装。合成了一系列具有不同疏水基团的AIE两亲分子，研究了这些AIE两亲分子在水溶液中的自组装行为，获得了分子的结构与聚集体形貌尺寸的关系，为得到特定尺寸的聚集体提供了理论依据，并考察聚集体的尺寸对细菌成像和选择性抗菌的影响。.3)自组装的转变。改变两亲AIE分子的亲水结构实现了聚集体从实心球到空心囊泡到纳米管的转变，并在癌细胞中实现了这一转变。.4)自组装对光化学性能的影响。通过组装的方式实现了AIE分子在游离态和聚集形态之间的转变，并探究了两种状态下AIE分子的荧光、光动力和光热性质的差异，得到了分子聚集状态与其光化学性能的关系，并在老鼠活体实验中检验了相关效果。