刘育课题组JACS：光氧化驱动的纯有机室温磷光溶酶体靶向成像

纯有机室温磷光由于其寿命长、斯托克斯位移大等特点，引起了研究者们的极大兴趣，并在生物成像、有机发光二极管和光学开关等方面被广泛应用。其中，水相室温磷光由于容易区分短寿命的背景荧光，从而在时间分辨生物成像领域具有潜在应用价值。然而，由于水溶液中高浓度溶解氧和分子快速运动可以引起发光淬灭，因此在水相中实现高效室温磷光发射仍然是一项富有挑战性的工作。另外，特异性细胞染色体系目前主要是通过将不同的细胞器靶向剂共价连接到发色团上来实现的，这通常需要繁琐的化学合成或反复纯化过程，因此开发新的细胞标记和定位方法具有重要的科学意义。

近两年来，南开大学刘育教授（点击查看介绍）先后报道了一系列大环主体诱导客体磷光增强效应的工作，例如，“客随主变助窜越”（Angew. Chem. Int. Ed., 2019, 58, 6028–6032），“避重就轻长发光”（Chem. Sci., 2019, 10, 7773–7778），“协同策略两相宜”（Angew. Chem. Int. Ed., 2020, 59, 18748–18754），“水中磷光来成像”（Nat. Commun., 2020, 11, 4655），“分子折叠全窜越”（Adv. Mater., 2021, 33, 2007476）等。最近，刘育教授课题组也受邀撰写了“Supramolecular Purely Organic Room-Temperature Phosphorescence”的综述论文（Acc. Chem. Res., DOI: 10.1021/acs.accounts.1c00336）。这些都为超分子磷光在水相中的应用，特别是在细胞成像方面的应用奠定了研究基础。

在前期工作基础上，该课题组巧妙地设计合成了一种能够通过光氧化驱动的超分子荧光磷光双向发光体系，成功地实现了活细胞中双细胞器的多色靶向成像。基于葫芦脲（甘脲和甲醛缩合的一类大环化合物）的分子识别和键合客体蒽的光氧化反应，他们发现通过葫芦[8]脲稳定的分子间电荷转移相互作用，大环化合物可以有效地诱导蒽基共轭溴苯基吡啶盐组装形成超分子聚合物，从而显著增强其红色的荧光发射。在紫外光照射下，蒽基被氧化成蒽醌，组装模式也由“头对尾”的超分子聚合物转化为“头对头”的三元包合物，而三元包合物能够在水溶液中发射出强烈的绿色磷光。

更有趣的是，作者成功地将荧光到磷光发射的转化应用于活细胞内不同细胞器的靶向成像。细胞染色实验结果表明，这些具有组装诱导光致发光行为的超分子组装体在细胞核和溶酶体中具有不同的定位能力，并且定位区域可以通过光照持续时间进行调控。此外，细胞共孵育超分子聚合物和溶酶体成像剂的原位光照实验结果也表明，在光照条件下超分子聚合物可以重组为三元包合物，伴随着细胞核中红色荧光转化为溶酶体中绿色磷光。该工作不仅加深了人们对超分子化学中构效关系的理解，也为开发刺激响应材料和功能成像试剂提供了新思路。

相关工作发表在Journal of the American Chemical Society 上，通讯作者是南开大学化学学院的刘育教授和张瀛溟副教授，第一作者为南开大学化学学院博士研究生虞华江。

原文（扫描或长按二维码，识别后直达原文页面，或点此查看原文）：

Photooxidation-Driven Purely Organic Room-Temperature Phosphorescent Lysosome-Targeted Imaging

Hua-Jiang Yu, Qingyang Zhou, Xianyin Dai, Fang-Fang Shen, Ying-Ming Zhang, Xiufang Xu, and Yu Liu

J. Am. Chem. Soc., 2021, DOI: 10.1021/jacs.1c06741

导师介绍

刘育

https://www.x-mol.com/university/faculty/11804