记者25日从天津大学获悉,李振教授团队联合南开大学丁丹教授团队,研发出像“夜明珠”一样的高效率、长寿命纯有机室温磷光材料。该材料接受10秒以内的光照后可持续发光近半个小时,有望用于医疗领域,帮助医生实现疾病的早期诊断。相关研究成果近期发表在材料学领域顶级期刊《先进材料》上。

天津大学研发新型有机室温磷光材料 像“夜明珠”一样的高效率、长寿命

传统上生物医药领域使用的发光材料几乎全是荧光材料,其共同特点是发光寿命极短,通常小于千万分之一秒。同时,荧光材料的发光离不开激发源,极大地限制了应用场景。


纯有机室温磷光材料因其在传感器、生物成像、防伪、和OLED等领域的潜在应用而备受关注,其中具有刺激响应性质材料的表现更为突出。但目前这类材料还比较少,这主要由于其内部机理还不够清晰。并且大多数机理的研究都集中在分子堆积对发光性质的影响,对于分子构象对发光性质的影响却研究很少,这限制了对于发光机理的全面理解。


李振教授团队报道的基于分子构象变化设计的具有力刺激响应的纯有机室温磷光材料很好的弥补了上述缺憾。他们利用吩噻嗪衍生物在力刺激下晶体中部分构象转变的特点,再结合分子本身的S、N杂原子对系间窜跃的促进作用,以及多个F原子形成分子间氢键对分子无辐射跃迁的抑制作用,从而在力刺激后产生了独特的室温磷光启亮现象,该材料同样对热和溶剂有响应。

天津大学研发新型有机室温磷光材料 像“夜明珠”一样的高效率、长寿命

此次联合团队研发的有机室温磷光材料就像充电手机,可以在一次激发后,保持数分钟发光时间,将它注射进生物体内,就可以通过捕捉发光信号和材料“保持通信”,获得其位置、强度等信息。这些信息能反应组织内外微环境状态,通过进一步处理识别,就可以评估这些组织的生理状况。实验中,他们将这种材料加工成纳米颗粒后注射到小鼠体内,其会定向聚集在肿瘤细胞中。通过捕捉纳米颗粒的发光信号就能锁定肿瘤位置,并实现超高对比度的磷光成像。


该室温磷光材料基于分子构象的设计思路为设计室温磷光材料提供了一种新策略,并且由于独特的力刺激响应性质可应用于针式打印机和热敏打印机,也可应用于防伪等领域。鉴于其简单的制备方法和优异的性能,该室温磷光材料具有广泛的应用价值,进一步扩展了室温磷光材料的应用范围。


“现阶段利用这些材料在生物成像和疾病诊断方面的应用探索,更像是‘传呼机’时代,只能建立单向通信。未来我们将进一步提高材料的智能属性,例如提高靶向能力,赋予材料药物输送功能等,实现从看得见(成像)到打得着(治疗),不断推进材料迭代升级。”联合团队李振教授介绍道。此外,新材料还展现出对机械力和热具有双重刺激响应特性的室温磷光效果,因而在热敏打印和信息加密方面也具有广阔应用前景。


文章来源: 科技日报,天津大学新闻网

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