水杨醛席夫碱的合成与聚集诱导发光(AIE)性能研究综合实验的课程思政设计

水杨醛席夫碱的合成与聚集诱导发光(AIE)性能研究是郑州大学化学学院针对化学专业本科学生设计并开设的一个综合实验项目,已经开设了5个学年,经过不断的改进和完善,形成了具有代表性的实验教学课程思政案例。案例以AIE这一由中国人原创的前沿科学理论为载体,通过AIE现象发现过程的学习、在不同条件下分组亲身实践AIE的合成操作、观察AIE的发光性能等过程,将AIE现象与国家科技发展、社会需求相联系,把“民族自豪感”“科研创新精神”“社会担当精神”“辩证唯物主义思维”等课程思政元素融入到实验教学中,让学生在提高“发现问题、分析问题、解决问题”综合能力的同时,充分了解荧光材料在国民经济和社会发展中的重要作用,提升学生的民族自尊心和自信心,坚定“见人所未见,思人所未思”的科研理念,激发服务国家发展的热情。

基于萘二酰亚胺衍生物的离子识别聚集诱导发光(AIE)材料的设计合成及其性能研究

萘二酰亚胺(NDI)虽然具有诸多优良特性,但是萘二酰亚胺类衍生物的诸多缺点却限制了其应用。因此,改进萘二酰亚胺类衍生物的缺点有着非常重要的意义,将能够促进其得到有效应用。以二(2-乙基己基)-4,9-二溴-萘四羧酸二酰亚胺分子作为核心骨架,通过合理的结构修饰,进一步加大以NDI芳香核为基本单元的共轭结构,系统研究他们的分子结构、固态及离子识别性能。

一种基于聚集诱导发光机制的新型氨肽酶N荧光探针

氨肽酶N(APN)在人体中广泛存在,在肿瘤细胞表面大量表达,并在癌症侵袭、转移和血管生产过程中具有重要作用;体液中的APN可作为炎症、癌症的早期生物标志物.鉴于此,发展高灵敏度、高选择性的检测手段对APN进行实时检测及可视化成像将为APN相关疾病的诊断及病理生理学说明提供可能性.荧光探针因其选择性好、灵敏度高的优势,近年来已被广泛应用于生物酶检测.然而已报道用于检测APN的荧光探针多基于平面分子,易受聚集荧光猝灭(ACQ)限制.与基于传统平面分子的ACQ荧光染料相比,具有聚集诱导发光(AIE)效应的荧光分子能更好地应用于高浓度与高含水量的检测环境,为荧光探针技术的发展开辟了新的路径,而基于AIE机制的APN荧光探针仍鲜有报道.喹啉-丙二腈(QM)类化合物具有长发射波长,且生物相容性好、光稳定性优异,目前已有多种基于QM母体的AIE探针应用于细胞成像与各种活性物质检测.基于此,设计合成了以QM为母体的AIE荧光探针QM-Ala,探针具有99 nm的大斯托克斯位移、良好的稳定性、抗干扰能力和较快的响应速度,检测限(LOD)低至1.22 ng/mL.QM-Ala在3~7区间对pH有即时响应,并在体液pH条件下对APN质量浓度有良好的线性响应,因此有望应用于酶抑制剂筛选以及体液中的APN质量浓度检测.

基于磁性纳米材料Fe_(3)O_(4)@PPy和聚集诱导发光材料(TTAPE)检测肝素药品中的多硫酸软骨素残留

合成了一种聚吡咯修饰的磁性纳米颗粒(Fe_(3)O_(4)@PPy),通过结合AIE荧光探针四苯基乙烯衍生物(TTAPE)建立了一种检测肝素药品中多硫酸软骨素的检测方法。肝素和多硫酸软骨素与TTAPE结合导致运动受限,进而释放荧光,而Fe_(3)O_(4)@PPy加入后可以猝灭其荧光。研究了肝素和多硫酸软骨素与TTAPE结合后荧光增强规律和Fe_(3)O_(4)@PPy对它们的荧光猝灭规律,建立了不同的猝灭曲线,进而同时检测肝素和多硫酸软骨素。实验确定了肝素和多硫酸软骨素的最佳荧光检测波长为482 nm,Fe_(3)O_(4)@PPy的使用量为5 mg,检测浓度的线性范围为0~3.5 mg/L,肝素浓度的相对偏差在0.5%以下。肝素实际样品中多硫酸软骨素的回收率为90%和96.67%,相对标准偏差为4.4%和4.1%。

含氮聚集诱导发光聚磷酸酯的一锅法合成及其荧光性能

非传统聚集诱导发光(AIE)聚合物,因不含苯环等芳香结构,具有较好的生物相容性和环境友好性,在细胞成像、生物医药等领域具有广阔的应用前景,但存在种类匮乏、量子产率低、荧光强度不足等问题,限制了其发展。为解决以上问题,以低毒、低腐蚀性的亚磷酸二甲酯及三异丙醇胺或三乙醇胺为原料,在无溶剂、无催化剂条件下,通过酯交换缩聚法,合成了含氮聚磷酸酯T1和T2。结果表明,所合成的含氮聚磷酸酯T1和T2在紫外光照射下均可发出明亮的蓝色荧光,其荧光强度随着浓度的升高而增强,具有显著的AIE特性,丰富了非传统AIE材料的种类。其中,T1分子结构中由于含有侧链甲基,在荧光强度、量子产率等方面均优于T2,为调节聚合物的荧光性能提供了一种新的方法。同时,研究发现,T1可以吸附空气中的甲醛,其吸附甲醛后颜色由无色变为粉色,且其荧光强度随吸附的甲醛浓度的增加而增强,有利于实现甲醛的荧光-比色双通道检测,为甲醛的灵敏检测提供了一种新的途径。

聚集诱导发光纳米探针在前列腺癌光热诊疗中的应用

背景:基于“分子内运动受限”这一机制构筑的新型聚集诱导发光荧光探针可用于疾病标志物的检测、肿瘤诊断、细菌成像识别等多个方面。目的:构建基于聚集诱导发光的近红外二区纳米探针FA-DSPE-PEG-AIE@NPs,探讨其用于前列腺癌靶向近红外二区荧光成像及光热治疗的潜能。方法:以卵磷脂、聚乙二醇磷脂、叶酸-聚乙二醇磷脂、聚集诱导发光分子2TT-oC26B为原料,采用纳米沉淀法合成叶酸靶向纳米探针FA-DSPE-PEG-AIE@NPs,对其进行基本表征。选取PC3人前列腺癌细胞、人脐静脉内皮细胞为实验对象,检测纳米探针FA-DSPE-PEG-AIE@NPs的细胞毒性与光照毒性;选取PC3人前列腺癌细胞为实验对象,采用流式细胞术和钙黄绿素/碘化丙啶染色法检测该纳米探针的光热治疗效果。选取BALB/C裸鼠腹部皮下注射PC3人前列腺癌细胞建立肿瘤模型,尾静脉注射纳米探针FA-DSPE-PEG-AIE@NPs后立即对小鼠进行近红外二区荧光成像,12 h后激光照射肿瘤5 min,14 d内观察光热治疗效果。结果与结论:①纳米探针FA-DSPE-PEG-AIE@NPs呈球形,平均粒径(171.0±0.3)nm,具有广谱光吸收能力和延伸至近红外二区的尾部发射,在激光辐照下可发出明亮的近红外二区荧光信号;②纳米探针FA-DSPE-PEG-AIE@NPs的细胞毒性低、光毒性高;流式细胞术及钙黄绿素/碘化丙啶染色法显示,纳米探针FA-DSPE-PEG-AIE@NPs对PC3人前列腺癌细胞具有明显的光热杀伤效果;③纳米探针FA-DSPE-PEG-AIE@NPs成功实现了对活体小鼠血管的近红外二区荧光成像,并确认了在肿瘤部位的最大富集时间为12 h,估算后肢腿部及腹部单根血管的血管宽度分别为0.63 mm和0.42 mm,治疗后14 d小鼠肿瘤体积明显减小;④结果表明,纳米探针FA-DSPE-PEG-AIE@NPs能有效实现前列腺癌的近红外二区荧光成像及光热治疗,有望为前列腺癌的早期诊断及联合治疗提供新手段。

聚集诱导发光微球免疫层析试纸条定量检测水产品中孔雀石绿

目的建立一种用于定量检测水产品中孔雀石绿的高灵敏免疫层析检测新方法。方法以聚集诱导发光荧光微球为标记探针,制备荧光免疫层析试纸条,通过T/C比值法构建定量检测孔雀石绿的定量标准曲线,并实现水产品中孔雀石绿的高灵敏、定量检测。结果本方法定量检测水产品中孔雀石绿具有较高的检测灵敏度,其50%抑制率达到0.17μg/kg,最低检出限为0.05μg/kg。样本加标0.25、0.50、1.00μg/kg的平均回收率介于116.01%~122.76%,变异系数介于8.66%~11.71%(n=10),表明所建立的荧光免疫层析方法定量检测水产品中孔雀石绿具有较好的准确性、精密度。通过检测30份孔雀石绿阴性以及12份阳性的水产样本,结果表明所建立的荧光免疫层析方法无假阳性,且检测孔雀石绿含量与液相色谱-串联质谱法具有良好的一致性(线性相关系数为0.9695)。结论本研究以聚集诱导发光荧光微球为新型标记探针,建立了一种高灵敏检测水产品中孔雀石绿的定量方法,为水产品中孔雀石绿的筛查检测提供了技术支撑。

天然产物山奈酚的聚集诱导发光特性及在铝离子检测中的应用——推荐一个大学化学综合实验

现有的大学化学实验教学内容虽然已经非常丰富和完善,但缺乏与科研领域尤其是前沿和热点领域的联系。在与时俱进的发展背景下,本文介绍了天然产物山奈酚的聚集诱导发光特性及其在Al3+检测方面的应用,把该实验引入到教学实践中,可使学生了解中国科学家在聚集诱导发光研究领域的贡献,理解荧光的基本原理和应用,直观感受聚集诱导发光和聚集诱导猝灭的区别。该实验涵盖配合物结构分析、光谱分析和产物仪器表征,综合性强而易操作。该教学实践过程有助于学生创新意识和综合能力的培养,同时加强学生的绿色发展理念和增强民族自豪感。

聚集诱导发光荧光分析法在多领域中的应用

荧光分析法是基于对待测物的荧光测量建立起来的方法,具有灵敏度高、选择性好以及响应迅速等优点。作为荧光材料的一种,环境刺激响应型荧光材料因在化学传感、生物成像、压力传感、信息存储、光电器件以及药物传递等领域的广阔应用而展现出良好的前景。但是,大多数传统的荧光剂易受到聚集诱导猝灭效应(ACQ)的影响,严重限制了其实际应用。聚集诱导发光材料(AIE)是近年来开发的一种新型荧光材料,该材料在分散状态下具有较弱的荧光发射,而在聚集状态下发射出强烈荧光。AIE材料的出现有效克服了传统荧光剂聚集诱导猝灭的难题,其独特的光稳定性、高荧光量子产率以及可调控性也为荧光分析检测提供了新的思路和方案。该文综述了聚集诱导发光荧光分析法在生物医药、化学检测、公共安全以及食品与农业等多领域中的研究进展,并对目前存在的问题进行了总结和展望。

荧光聚类肽的合成、自组装与聚集诱导发光效应

采用1-(4-氨基苯)-1,2,2-三苯基乙烯(TPE-NH2)引发N-丁基甘氨酸-N-硫代羧酸酐(NBG-NTA)和N-乙基甘氨酸-N-硫代羧酸酐(NEG-NTA)开环聚合,制备了四苯基乙烯(TPE)基团封端的聚(N-丁基甘氨酸)-b-聚(N-乙基甘氨酸)(TPE-PNBG-b-PNEG)。采用透射电子显微镜(TEM)和荧光光谱(FL)研究了TPE-PNBG-b-PNEG在水溶液中的自组装行为和聚集诱导发光(AIE)特性。结果表明,TPE-PNBG-b-PNEG具有显著的AIE效应,根据初始含水量(体积分数)和亲水链段质量分数(wPNEG)的不同,TPE-PNBG-b-PNEG在水溶液中分别组装得到了球形胶束以及纺锤状、松针状和蠕虫状聚集体,并可发出强烈的蓝色荧光,最大发射波长为485 nm。随着wPNEG的减小,TPE-PNBG-b-PNEG的堆积参数增大,疏水链段的堆积变得更为紧密,AIE效应增强,其荧光强度和荧光量子产率都随之增强。

引入“聚集诱导发光(AIE)”理论开展创新短课的研究与实践

为了更好地适应粤港澳大湾区对创新人才培养的要求,东莞理工学院通过开设“创新研究短课”,提高本科生创新能力和实践能力。聚集诱导发光(AIE)由我们国家唐本忠院士课题组首先发现的并且被作为被世界各地学者广泛研究的前沿科学理论,并在生物医学、环境检测等领域报道了大量的应用研究。通过讲AIE理论引入环境工程专业创新短课,首先可以让学生了解唐本忠院士发现AIE理论的过程,认识到重大科研的发现背后是科学家的坚持不懈的努力,同时AIE作为中国科学家第一个发现并引领其他国家科技工作者的事实,提升同学们的爱国热情和民族自豪感,同时基于AIE荧光分子开展了两个实验项目,让学生掌握基于AIE荧光探针如何实现环境污染物定性、定量分析方法,从而提高其分析问题和解决问题的能力。

胰岛素淀粉样纤维的近红外聚集诱导发光荧光探针

为了快速检测淀粉样纤维以及深入研究淀粉样纤维化过程的动力学和结构特性的机理,实现对阿尔茨海默病(AD)等的早期监测,本文设计了一种两亲性的聚集诱导发光(AIE)荧光探针(E)-1-丁基-4-(4-(二苯胺基)苯乙烯基)吡啶-1-溴化鎓(BSTI)。荧光探针BSTI表现出高的结合亲和力、高的开关比、高的光稳定性和良好的双光子激发荧光特性,并兼具适当的相对分子质量以及可穿越血脑屏障的潜能。当其与牛胰岛素淀粉样原纤维结合后,表现出强烈的近红外(NIR)荧光发射,开关比>100。此外,基于BSTI的淀粉样原纤维的双光子荧光成像也表现出较高的信噪比。BSTI有望成为检测体内淀粉样原纤维的理想探针,并应用于AD的早期监测。

聚集诱导发光材料在疾病诊断中的应用进展

聚集诱导发光(AIE)是由我国科学家引领开拓且国外科学家竞相跟进的新兴科研领域,开发AIE新材料和拓展AIE材料的新应用是材料科学与检验医学交叉共融的前沿热点。具有AIE效应的新型荧光材料克服了传统荧光材料聚集状态下的荧光猝灭效应的不足,其独特的发光机制和性能优势使其在疾病诊断检测领域具有巨大的应用潜力,并已被较广泛开发应用。本文聚焦聚集诱导发光材料在感染性疾病及肿瘤两大热点方向的应用研究进展进行综述,以期为新一代疾病诊断技术的研发提供参考。

具有聚集诱导发光性质的铂(Ⅱ)金属大环的合成

含有四苯乙烯(TPE)基团的铂(Ⅱ)金属大环化合物具有良好的聚集诱导发光(AIE)性质,在构建人工光捕获体系中具有潜在的应用价值。为了获得一种具有良好AIE性质的新型铂(Ⅱ)金属大环化合物,以4,4-二溴四苯乙烯为原料,经硝化反应得到化合物2,再将化合物2中硝基还原得到化合物3,化合物3与十二烷基酰氯发生缩合反应得到化合物4,化合物4与4-乙炔基吡啶盐酸盐发生Sonogashira偶联反应得到四苯乙烯衍生物5。5与铂(Ⅱ)配体6进行[3+3]配位驱动自组装合成六边形铂(Ⅱ)金属大环化合物7,其结构经核磁、质谱和紫外可见吸收光谱表征。结果表明:紫外可见吸收光谱显示化合物7的最大吸收波长在302 nm;荧光光谱显示化合物7在水含量低于20%(体积分数,下同)的二甲基亚砜(DMSO)/水(H_(2)O)混合溶液中,荧光强度极低,当水含量增加到30%时,荧光强度大幅增加,表现出优异的AIE性质。

噻吩乙烯类化合物的合成、聚集诱导发光和力致变色性能

大多数发光材料固态下或高浓度掺杂时由于强的荧光猝灭而使其应用受到很大限制,开发能在聚集状态下呈现优异发光性能的新材料就显得尤为重要。本文设计并合成了4个基于噻吩乙烯骨架结构的噻吩乙烯类化合物Br-thph、Br-2thph、Thph-czm和2Thph-czm,并详细研究了该类化合物在稀溶液下、聚集态以及固态薄膜下的光物理性质。结果表明,4种化合物均具有明显的聚集诱导发光性质,在稀溶液中发光较弱,而随着浓度的增加或在聚集态下时呈现很强的发光。其中,Br-thph和Br-2thph聚集态发光相较稀溶液下发光分别增强410倍和180倍,Thph-czm和2Thph-czm增强了78倍和40倍,且4个化合物都具有较为明显的力致变色效果,呈现出一定的光谱蓝移。对这些化合物性质的初步探究表明,这类新型噻吩乙烯类化合物衍生物在防伪和显示等领域具有潜在的应用价值。

两亲性聚集诱导发光荧光探针设计策略及应用

荧光探针具有灵敏度高、成本低廉、响应快速和可原位实时监控等优点,是生物学和医学等众多领域的重要研究手段。与传统具有聚集诱导淬灭效应的荧光探针相比,聚集诱导发光(Aggregation-inducedemission,AIE)荧光探针展示出了使用浓度范围宽、光稳定性好、分辨率高等显著优势。两亲性AIE荧光探针进一步提升了生物相容性、靶向性和检测信噪比,在生物化学检测领域展示出很大的潜力。本文以两亲性AIE荧光探针的分子设计为出发点,从ROS与GSH检测、金属离子检测、活性酶检测、细胞器成像、肿瘤诊断、肿瘤光动力治疗六个方面总结了其在化学传感与生物应用领域的最新研究进展,并对未来的发展方向与前景进行了展望。

聚集诱导发光铂(Ⅱ)配合物对硝基芳烃的高效发光检测

合成了一例三苯胺基团修饰的铂(Ⅱ)配合物PtppyTPA,并详细地表征了其结构及光物理性质。研究表明,三苯胺基团可有效激活PtppyTPA的聚集诱导发光(AIE)性能,使其在含水量为50%的乙腈中呈现显著的发光增强。以AIE活性的PtppyTPA为发光探针实现了对4种硝基芳烃包括硝苯地平(Nifedipine,NFD)、5-氯-2-硝基三氟甲苯(5-chloro-2-nitrotrifluorotoluene,ClNTFT)、4-溴-1-氟-2-硝基苯(4-bromo-1-fluoro-2-nitrobenzene,BrFNBz)及3-硝基三氟甲苯(3-nitrotrifluorotoluene, NTFT)的发光检测,利用Stern-Volmer方程拟合检测数据并计算了检测效率及检测限。PtppyTPA对上述硝基芳烃的检测效率分别为11.12,0.27,0.25,0.21 L/mmol;检测限分别为7.1,291.0,314.3,374.2μmol/L。PtppyTPA对NFD具有最高的检测效率和最低的检测限。前线轨道能级及光谱交叠实验表明,PtppyTPA对NFD、ClNTFT、BrFNBz及NTFT的检测机理为电子转移。

抗菌新武器:聚集诱导发光在细菌感染防治领域的应用

细菌感染导致的疾病严重威胁人类的生命和健康,光动力抗菌疗法具有广谱抗菌、不易产生耐药性等优势,被认为是最有前途的新型细菌感染治疗方式之一。AIE材料能够聚集诱导增强抗菌效果,目前在细菌靶向、实时成像、协同抗菌、伤口敷料、防护用品等方向有广泛应用。

蓝相液晶对聚集诱导发光分子荧光性能的影响

为了拓宽蓝相液晶的应用范围,构建多功能化蓝相体系平台,本文将具有聚集诱导发光(AIE)特性的液晶TPE-PPE引入蓝相液晶体系,围绕复合体系的荧光性能展开研究。一方面,系统研究并归纳了手性添加剂含量对蓝相液晶相转变行为和光子带隙位移情况的影响;另一方面,探究了蓝相液晶对AIE分子荧光性能的影响,提出了相关荧光增强效应的假说。实验结果表明,不同手性添加剂体系的蓝相Ⅱ的温域范围基本一致,且反射带隙随着温度的降低发生蓝移;而蓝相Ⅰ的温域与手性密切相关,体系中仅存在蓝相Ⅰ时,其反射带隙随温度的降低而红移。蓝相液晶体系对AIE分子有一定的荧光增强效应,并且在整个蓝相温域内,蓝相Ⅰ的反射带隙红移,体系的荧光强度明显增强。由此得出结论,TPE-PPE分子在一定程度上参与了蓝相液晶体系的自组装。由于TPE-PPE分子在双螺旋柱结构中的受限运动,导致其荧光强度增强。随着蓝相Ⅱ的消失和蓝相Ⅰ光子带隙的红移,更多TPE-PPE分子参与到双螺旋柱的自组装中,体系的荧光发射增强。

基于聚集诱导发光的计算化学实验设计

以一种聚集诱导发光(AIE)材料为例,针对材料专业本科生设计了一种计算化学实验课。采用极化连续溶剂模型(PCM)与量子力学/分子力学(QM/MM)方法,模拟该AIE材料在溶液和固体中的不同状态。研究结果表明,固体状态能限制转子转动,减少无辐射耗散实现聚集诱导发光。通过分析分子运动受限(RIM)机理,把材料类专业本科生实验教学与科研前沿有效连接,在掌握基础计算方法的同时拓展其科研视野,引导其从理论出发理解实验现象。