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我所发表通过调控扭转分子内电荷转移设计高亮度和高敏感荧光团的综述论文

  近日,我所分子探针与荧光成像研究组(1818组)徐兆超研究员团队与新加坡科技设计大学刘晓刚教授团队合作发表综述文章,总结了近年来通过调控扭转分子内电荷转移设计高亮度和高敏感荧光团的工作。

  针对生物单分子检测和超高时空动态分辨荧光成像的前沿需求,设计高亮度、高光稳定和环境敏感的荧光染料是近年来的研究热点。扭转分子内电荷转移(TICT)是一种可淬灭荧光并大幅降低染料光稳定性的光物理过程。受光激发后,染料分子的电荷给体相对受体逐渐扭转至(近乎)垂直构型,使得电荷完全分离,形成暗态。研究发现,通过改变染料分子结构而抑制TICT的发生能够显著提高荧光强度和光稳定性,这种染料适用于荧光标记;通过环境因素调控染料的TICT能够改变荧光信号,这类敏感的染料可用作荧光探针。

  本综述首先回顾了DMABN染料双荧光的发现和TICT模型的提出与验证;随后,总结了通过抑制TICT来提高染料亮度和稳定性的分子设计和相应超分辨荧光成像的研究热点;综述了增强TICT的分子设计及相关荧光探针的应用,包括温度探针、粘度探针、小分子探针、蛋白质探针、DNA探针、RNA探针、聚集诱导发光(AIE)染料等。最后,文章总结了TICT之外的一些激发态扭转,包括光诱导电子转移(PET)和分子内扭转电荷穿梭(TICS),并比较了PET、TICS、TICT之间的不同。该综述对调控染料的TICT和开发相关应用提供了一定的设计引导。

  徐兆超团队长期致力于荧光分子科学与工程研究,以荧光分子发光构效关系为核心,发展高性能新型荧光团和荧光探针。团队在TICT机制研究方面取得了系列进展:实现对TICT过程的定量预测(Angew. Chem. Int. Ed.,2020);发现一种新型的光诱导分子内电荷转移机制,命名为“分子内扭转电荷穿梭”(Twisted Intramolecular Charge Shuttle,TICS)(Angew. Chem. Int. Ed.,2019);通过结构改造抑制TICT发展了多种高亮度的荧光染料(J. Am. Chem. Soc.,2016)等。

  上述综述以“Twisted Intramolecular Charge Transfer (TICT) and Twists Beyond TICT: from Mechanisms to Rational Designs of Bright and Sensitive Fluorophores”为题,于近日发表在Chemical Society Reviews上。该工作的第一编辑是我所1818组博士后王超。该工作得到国家自然科学基金、我所创新基金等项目的资助。(文/图 王超)

  文章链接: https://doi.org/10.1039/D1CS00239B

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