超分子化學是研究多個簡單的小分子通過分子間相互作用力形成有序聚集體的科學,它不僅提供了對生命體形成和生命活動的深入認識,還創造了全新的“自下而上”的納米材料制備方法,大大推動了了納米科技的發展。作為重要的納米材料之一,發光納米材料在光學器件,傳感器以及診斷治療和材料的基礎性能研究方面具有非常重大的意義。通常,超分子發光材料都是由有機共軛平面分子來構建的,雖然平面結構有利于分子形成有序結構。但是,由于π-π相互作用,形成的超分子材料發光效率低下,甚至熒光猝滅。在聚集態熒光猝滅(ACQ)的現象限制了超分子發光材料的應用和發展,是超分子發光材料領域亟待解決的問題。
2001年,唐本忠院士首次發現了具有“聚集誘導發光(AIE)”的性能的分子。這些分子在游離態或者單分子態的熒光強度很微弱,甚至不發光;在聚集態或固態狀態,反而具有顯著的熒光強度。不同于平面共軛分子,這些AIE分子通常具有螺旋形的或者扭曲的空間結構。在游離態,分子內的芳香環可以自由轉動或者振動,激發態的能量以分子內的運動而耗散,因此,AIE分子在激發態不發光。在聚集態,分子內的運動在空間上受到限制,激發態的能量以熒光的形式耗散,因而具有顯著的發光強度。這個聚集態發光的性質解決了傳統超分子發光材料的熒光猝滅問題,實現高效發光超分子材料提供了可能。同時,結合超分子材料自身的動態結構和可逆性,AIE超分子材料開辟了“turn-on”分子傳感器,廣泛應用于生物化學檢測方面。并且,借助AIE分子,超分子材料的組裝、形成以及轉變過程可以實現可視化觀測,加深了對超分子化學的基礎認識,豐富了超分子化學的基本理論。經過多年的發展,一系列結構各異,發光顏色多樣的AIE分子被發現和報道,AIE分子的出現大大促進了超分子發光材料的發展。
AIE分子空間上非平面性的結構,使其具有聚集態發光的性質,但是也阻礙了AIE分子相互作用而形成有序的超分子材料。近日,唐本忠院士團隊深圳大學AIE研究中心王東副教授等總結與分析了目前以報道的AIE超分子材料,提出了化學修飾聚集能力強的基團到AIE分子上,或者將AIE分子引入現有的超分子體系,使AIE分子自組裝而形成超分子發光材料。文中作者從主客體體系、有序組裝體體系和大分子體系三個方面來講述AIE分子如何來構建超分子材料,并且,系統而全面地介紹了AIE超分子材料在傳感器、納米醫學、機理研究和功能發光材料等方面的應用。最后,作者對AIE超分子發光材料的挑戰和前景進行了分析展望,提出了構建近紅外超分子發光材料,刺激響應超分子材料以及診療一體化材料等新的機遇。
圖1. AIE超分子發光材料的構建與應用,包括主客體、有序聚集體和大分子等構建體系,以及生物化學傳感器、診療一體化材料、生物成像、光捕獲材料等領域的應用。
以上相關成果發表在Chem. Soc. Rev.上。論文第一作者為深圳大學李杰博士,通訊作者為香港科技大學唐本忠院士和深圳大學AIE研究中心王東副教授。
原文信息:Jie Li, Jianxing Wang, et. al. Supramolecular materials based on AIE luminogens (AIEgens): construction and applications, Chem. Soc. Rev., 2020. DOI: 10.1039/c9cs00495e
- 香港中文大學(深圳)唐本忠院士/趙征教授團隊《ACS Nano》:細胞膜靶向的聚集誘導發光分子用于神經追蹤和損傷的可視化 2025-01-21
- 香港中文大學(深圳)唐本忠院士與趙征教授團隊《ACS Nano》綜述:聚集誘導發光材料實現高分辨生物成像 2025-01-07
- 港中深唐本忠院士/北理工黎朝 AM:基于AIE活性納米復合水凝膠的可穿戴交互式信息-傳感材料 2024-03-23
- 港中大(深圳)趙征 / 唐本忠團隊 ACS Nano :多功能AIE納米馬達突破腫瘤屏障 - 實現精準光診療 2025-05-29
- 港中文(深圳)唐本忠院士、深圳大學王東教授等 Nat. Protoc.: NIR-II激發AIE仿生納米用于肺結核活體光學診療 2025-04-18
- 香港中文大學(深圳)唐本忠院士團隊 AFM:自上而下法制備AIE/柔性木基傷口敷料 - 助力耐藥菌感染傷口快速愈合 2025-02-13