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[专家学者] 华南理工大学材料学院唐本忠院士

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发表于 2017-3-5 16:11:22 | 显示全部楼层 |阅读模式
唐本忠华南理工大学教授。1982年毕业于华南理工大学高分子系,获工学学士学位。1985年、1988年获日本京都大学硕士、博士学位。曾在多伦多

大学从事博士后研究、日本NEOS公司中央研究所任高级研究员。1994年至今任香港科技大学助理教授、副教授、教授、讲座教授。2009年当选中科院院士。2012年起受聘为华南理工大学双聘院士。发表学术论文500多篇,他引10000多次,h因子为71。应邀为Chem. Rev.,Chem. Soc. Rev., Acc. Chem. Res. 和Prog. Polym. Sci. 等高影响力杂志撰写了27 篇综述文章和40 篇专著章节。工作42次被C&EN(化学与工程新闻)、《自然》出版社《亚洲材料》等亮点报道、1 次入选《大英百科全书》、9 次被Acc. Chem. Res., Chem. Commun., Macromolecules 和J. Mater. Chem. 等选做封面。在学术会议上作了200场邀请报告(30 场大会报告和8场主题报告),拥有美国授权专利10项;美国专利申请21项,其中PCT申请5项。曾获国家自然科学二等奖、Croucher高级研究成就奖、中国化学会高分子基础研究王葆仁奖和Elservier杂志社冯新德聚合物奖。
主要从事高分子合成方法论的探索、先进功能材料的开发以及聚集诱导发光(AIE)现象的研究。主要研究领域包括:(1)设计合成新型聚合单体和构筑新型大分子,(2)开发适应多种官能团的立体有择性聚合催化剂,(3)合成线性与超支化共轭聚合物与有机金属聚合物,(4)研制具有光电磁和生物功能的先进材料。主要学术贡献有:发明了合成炔类聚合物的新催化体系;开拓了从炔类单体制备线性和超支化高分子的新聚合途径;制备了一系列具有光、电、磁、热和生物活性的新功能材料;发现了反常的AIE现象、解释了AIE过程的机理,并将AIE效应有效地应用到发光器件、化学检测和生物传感等技术领域。
         
现为华南理工大学-香港科技大学联合实验室主任;华南理工大学发光材料与器件国家重点实验室学术委员会主任;科技部国家重点基础研究发展计划(973计划)“聚集诱导发光的基本科学问题”项目首席科学家;广东省引进创新科研团队“有机/高分子光电功能材料及应用”带头人。兼任美国化学会Noteworthy Chemistry专栏科学新闻撰稿人;英国皇家化学会高分子化学系列丛书主编, Polymer Chemistry 和Progress in Chemistry杂志副主编以及十多家国际杂志包括:Progress in Polymer Science (Elsevier), Journal of Polymer Science, Part A: Polymer Chemistry (Wiley), and Polymer (Elsevier)等杂志的顾问或编委。

唐本忠

唐本忠

人物经历
1957年2月,唐本忠出生于湖北潜江,籍贯湖南津市 。
1978年2月,唐本忠进入华南理工大学高分子科学与工程系学习。
1982年1月,唐本忠从华南理工大学毕业,获得工学学士学位。
1983年4月,唐本忠前往日本京都大学高分子化学系学习,先后获得硕士学位(1985年)、博士学位(1988年)。
1989年4月,唐本忠前往加拿大多伦多大学化学与药学系,从事博士后研究工作(至1994年7月)。
1994年7月,唐本忠进入香港科技大学化学系工作,先后担任助理教授、副教授、教授。
2002年,唐本忠获得国家杰出青年科学基金资助(B类,海外华裔科学家)。
2008年3月,唐本忠晋升为香港科技大学化学系讲座教授。
2009年,唐本忠当选中国科学院院士 。
2012年,唐本忠担任华南理工大学-香港科技大学联合实验室主任。
2013年,唐本忠入选英国皇家化学学会会士。
2015年,唐本忠担任国家工程技术研究中心香港分中心主任。






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发表于 2018-3-8 16:00:49 | 显示全部楼层
华南理工大学唐本忠院士团队秦安军教授在《高分子学报》2018年第2期“光电高分子”专辑中发表的专论系统评述了聚集诱导发光聚合物的研究进展,简述了用于制备AIE聚合物的偶联聚合和自由基聚合,特别介绍了最近建立的高效的点击聚合。在此基础上,通过对AIE聚合物主链上取代基、基团连接方式以及位点等的系统比较,初步阐述了其中的构效关系。此外,还特别介绍了一类不含芳香环但具有AIE特性的聚合物体系,并对提出的“簇发光”的机制进行了阐述。基于AIE聚合物的特点,通过举例的方式简述了其在传感和生物等领域的应用,着重展示了相比于小分子和传统发光聚合物体系的优势。

聚集诱导发光聚合物

聚集诱导发光聚合物

论文链接:
http://html.rhhz.net/gfzxb/html/gfzxb20170280.htm



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发表于 2018-3-22 09:28:33 | 显示全部楼层
2017年7月,浙江大学唐本忠院士、凌君教授和华南理工大学秦安军教授合作,开发出一种新型的“羟基-炔”点击聚合反应,该文章发表于Wiley出版社旗下的Chemistry A  European Journal杂志上。本文以点击聚合反应的发展为基础,全面地介绍了新型、高效的“羟基-炔”点击聚合反应的条件优化、单体合成、反应机理、聚烯醚酮产物的结构与性质等内容。

“羟基-炔”点击聚合反应

“羟基-炔”点击聚合反应
在前期工作中,研究团队发现与羰基直接相连的炔具有更高的反应活性,大大有利于无金属催化的聚合反应,于是,按照文献方法首先合成了炔酮类单体1。其次,使用双官能度炔酮单体1和购买来的双酚类单体2进行了聚合尝试(图1),通过改变反应时间、反应溶剂、单体和催化剂的浓度以及反应温度,最终筛选出在空气氛围下在THF溶剂,于室温下反应4小时,便能够获得高分子量(35,200)和窄分子量分布(1.72)的聚合物,反应产率高达99%。而且,这些聚合物均可溶于常用的有机溶剂,例如THF、氯仿、二氯甲烷、DMSO等。接下来,红外谱图、1H NMR的特征氢位移和耦合常数的计算结果,都有利地证明只生成了反马氏加成后的反式异构体,说明该反应具有优异的区域选择性和立体选择性。最后,通过改变不同结构的单体在最优条件下进行反应,都得到了很好的结果,此反应的普适性也得到了证实。同时,团队使用DFT计算(图2)和实验结果相结合的方法对该聚合反应的机理进行了研究,最终推测出该羟基-炔聚合反应机理如图3所示。

羟基-炔聚合反应机理

羟基-炔聚合反应机理
图A(图1)图B(图2)图C(图3)


基于该反应具有的诸多优点,团队将其毫无疑问的定义为新颖、高效的羟基-炔点击聚合反应。除此之外,由于炔烃氢化加成反应后生成的烯醚结构对酸不稳定,易水解形成烯醇并进一步转化成烯酮结构,这一特性也为聚烯醚酮类化合物作为药物载体应用于生物领域提供了一定可能性,其在发展环境友好化学方面也极具潜力。

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发表于 2018-3-23 09:54:09 | 显示全部楼层
聚集诱导发光(AIE)是化学和材料学科的热点和重点前沿领域。四苯基乙烯(TPE)是多种AIE分子体系中的明星分子,在迄今发表的与AIE相关的学术论著中,有1100多涉及TPE及其衍生物,这其中仅有9篇对TPE衍生物的顺反异构体进行明确的分离鉴定和针对性的AIE特性研究。最近,浙江大学孙景志教授香港科技大学唐本忠院士合作,设计合成了两个乙炔基吡啶基修饰的TPE衍生物,并获得了该化合物的一对顺反异构体的单晶,他们联合发表在ACS麾下J. Phys. Chem. B上的论文报道了这对顺反异构体各自迥异的分子组装和刺激响应性荧光发射行为。
(DOI:10.1021/acs.jpcb.7b10929)

TPE衍生物立体结构

TPE衍生物立体结构
TPE衍生物立体结构
(来源:浙江大学高分子科学与工程学系)
顺式异构体(Z-isomer, 1)单晶属正交晶系,单胞内含8个分子;在每个顺式异构体的两个苯乙炔基吡啶“飞翼”上,吡啶A基与TPE上的苯环2之间的二面角为83.79o,吡啶基B与TPE上的苯环4之间的二面角仅为7.48o,通过乙炔基形成良好的共轭;靠两组分子间C-H···N氢键维系,晶胞内相向排列的两个顺式异构体的四个苯乙炔基吡啶“飞翼”合拢成菱形框架;同时分子间存在着不同程度的多重C-H···p作用,组装成三维整体。反式异构体(E-isomer, 2)单晶属三斜晶系,单胞内含2个分子;顺式、反式异构体单晶中,TPE核的构象和相差不大;在每个反式异构体的两个苯乙炔基吡啶“飞翼”上,吡啶基A与TPE上的苯环2之间的二面角为55.49o,吡啶基B与TPE上的苯环4之间的二面角为72.14o,二者与TPE核的共轭都较差;反式异构体的晶体中分子间不能形成氢键,但是体系中存在着分子间多重C-H···p作用,籍此组装成层状结构,层叠形成三维晶体。

TPE衍生物荧光性能研究分析

TPE衍生物荧光性能研究分析
TPE衍生物荧光性能研究分析
(来源:浙江大学高分子科学与工程学系)
顺式和反式异构体的晶体分别发出明亮的绿光蓝绿光,荧光峰位分别在503nm和474nm附近,顺式异构体较长的发光波长主要原因归结为其结构中一个吡啶与TPE核心有较好的共轭。反式异构体的晶体粉末表现出明显的机械力诱导发光变色(MLC)行为,在用X-射线衍射方法对其MLC机理进行研究时发现研磨前后的固体粉末的衍射图样与单晶得到的衍射图样仅有微小的差异,实验中也观察到研磨后绿色荧光粉末在空气中自动回复到蓝绿色荧光的现象;而同样条件下顺式异构体的晶体却没有这些变化。反式异构体的固体样品中吡啶基没有形成分子内/分子间氢键,容易和空气中的水分子作用被诱导形成结晶,也容易受外力(剪切)作用引起片层之间的滑移,因此存在可逆的MLC行为。相比之下,顺式异构体晶体中分子间双重氢键使体系稳定,分子排列方式不受空气中水的影响和机械力作用的影响,因此没有明显的MLC行为。这些推测通过仔细地分析晶体结构和系列对比实验,得以证实。论文还报道了乙炔基吡啶修饰的TPE的特殊的负溶质荧光变色现象(荧光光谱随着溶剂极性增大而蓝移的现象)和在黄/绿色荧光之间快速转变的酸碱响应行为。
论文链接:
https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.jpcb.7b10929


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发表于 2018-3-24 10:41:23 | 显示全部楼层
国家自然科学基金“分子聚集发光”基础科学中心由华南理工大学牵头,中国科学院院士唐本忠作为总负责人,联合华东理工大学、清华大学和浙江大学共同承担,执行时间5年,直接经费1.8亿


“分子聚集发光”基础科学中心项目简介
基础科学中心项目是2016年由国家自然科学基金委开始试点建设的迄今为止资助力度最大的项目,旨在瞄准国际科学前沿,抢占国际科学发展的制高点,形成若干具有重要国际影响的原创性成果和学术高地。到目前为止,全国仅有7家科研院所获批该项目,其中仅华南理工大学和清华大学两家高校分别牵头承担,这充分彰显了华南理工大学在重大基础研究方面的雄厚科研实力,也体现了聚集诱导发光(AIE)这一中国科学家开创并引领的研究领域的巨大影响力。

“分子聚集发光”基础科学中心项目依托华南理工大学,联合华东理工大学、清华大学和浙江大学共同承担,执行时间5年,直接经费1.8亿。在项目负责人唐本忠院士带领下,立足于AIE这一原创性概念,以分子聚集发光新现象、新理论、新材料和新技术为研究方向。该项目将从基础研究出发,挑战分子聚集态的新发光过程、机制和应用等重大科学问题:(1)分子聚集诱导的新发光过程和途径;(2)分子聚集发光基本科学原理;(3)分子聚集发光新材料和新技术。该项目旨在建立起完善的分子聚集态发光理论体系、获得系列具有自主知识产权的新材料和新技术,培养一批具有国际知名度的优秀科学家,形成世界一流的、引领分子聚集发光领域的学术高地,解决能源、环境和健康等领域的重大挑战,为创新型国家的建设和科技强国贡献力量。

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发表于 2018-3-30 09:46:27 | 显示全部楼层
水溶性、近红外发光、具有特异性成像和治疗功能的聚集诱导发光(AIE)分子的合成是一大挑战。近日,香港科技大学唐本忠院士团队报道了第一例具有以上特性的AIE分子。此分子可以快速(几秒钟)、特异性地靶向细胞膜,且不需要洗涤,也可以用于小鼠肿瘤成像。该AIE分子具有很强的产生活性氧的能力,能够通过光动力治疗途径高效地杀死癌细胞。


由于近红外区(NIR,波长 >700 nm)的荧光发射具有穿透深度大、生物自发荧光干扰小、对生物体造成的光损伤小等特点,所以近红外生色团在生物成像领域受到了广泛关注。传统的 NIR 荧光生色团通常具有较大的平面结构,在聚集态下易发生π-π堆积而导致荧光淬灭(ACQ)。目前,近红外发光的AIE分子的合成和生物应用的相关报道较少。鉴于生物学研究是在水介质中进行的,水溶性、近红外发光AIE分子的开发在生物学应用中将具有重大意义。本工作设计合成了分子TVP和TTVP(图1)。得益于吡啶盐和季铵盐基团的存在,TVP和TTVP具有良好的水溶性;得益于末端三苯胺基团的扭曲构象,以及众多的转动基团,TVP和TTVP展示出经典的AIE特性(在水溶性中不发光,而在聚集态高效发光);得益于延长的共轭与增强的电子供(D)-吸(A)效应,TVP和TTVP具有较长的发射波长,其中TTVP在聚集状态下的最大荧光发射波长为708 nm。


TTVP的合成路线、结构特点以及光学性质

TTVP的合成路线、结构特点以及光学性质
图1:TTVP的合成路线、结构特点以及光学性质
研究发现,TTVP能够特异性地靶向细胞膜,无需洗脱操作即可清晰成像(图2)。而且,当染色时间缩短至几秒钟时,仍然可以达到优异的细胞膜染色效果。TTVP特异性靶向细胞膜的特性主要来源于其携带正电荷属性、两亲性及AIE特性。正电荷的存在可以诱导TTVP通过静电相互作用与细胞膜结合;由于其良好的亲水性,TTVP在短时间内不会穿透细胞膜的磷脂双分子层的疏水区域;同时TTVP具有疏水性的发光基团嵌入该疏水区域,分子内旋转受阻从而在激发下发光。超短的染色时间、较低的染色浓度、免洗特性、良好的染色效果和特异性、长发射波长、大的Stokes位移,使得TTVP远远优于已经商品化的细胞膜染料(例如DiO、CellMask等)。

快速、免洗特异性细胞膜染色

快速、免洗特异性细胞膜染色
图2:快速、免洗特异性细胞膜染色
研究表明,TTVP具有出众的产生活性氧的能力,在白光灯照射下,其产生的活性氧能够使得H2DCF-DA的荧光在短短1分钟内增强87倍。细胞存活率分析(MTT assay)和流式双染实验(flow cytometric analysis using Annexin V-FITC/propidium iodide (PI) double staining)显示,在光照下,较低浓度的TTVP就能够快速杀死癌细胞(图3)。

癌细胞的光动力治疗

癌细胞的光动力治疗
图3:癌细胞的光动力治疗
如图4所示,通过瘤内注射,TTVP能够高效地“点亮”小鼠肿瘤,而且具有良好的滞留能力。H&E 染色(苏木精-伊红染色)表明,TTVP对小鼠的主要器官没有明显的损伤,体现出优异的生物兼容性。

小鼠肿瘤成像

小鼠肿瘤成像
图4:小鼠肿瘤成像
本工作报道了第一例水溶性、近红外发光的AIE分子,该分子在生物成像和光动力治疗中展示出了优异特性。此研究为开发性能高效、能够用于实际生物应用的荧光分子提供了新的思路,将会促进新型AIE诊疗材料的开发。


这一成果近期发表在《Chemical Science》上,文章的第一作者为香港科技大学王东博士,苏慧芳博士和胡祥龙博士为生物实验部分提供了帮助,本文的通讯作者为唐本忠院士
文章作者:
Dong Wang, Huifang Su, Ryan T. K. Kwok, Xianglong Hu, Hang Zou, Qianxin Luo, Michelle M. S. Lee, Wenhan Xu, Jacky W. Y. Lam and Ben Zhong Tang
文章题目:
Rational design of a water-soluble NIR AIEgen, and its application in ultrafast wash-free cellular imaging and photodynamic cancer cell ablation
文章链接:
http://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2018/sc/c7sc04963c#!divAbstract
DOI: 10.1039/c7sc04963c

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香港科技大学唐本忠院士与华南理工大学王迎军院士、任力教授合作:聚集诱导发光探针用于抗菌肽的作用机制研究

抗生素滥用导致的细菌耐药性已成为当今社会面临的严重威胁,因此亟需发展新型抗菌试剂。相较于抗生素,抗菌肽具有高杀菌活性、广谱抗菌性、不易产生耐药性等优点,是当前抗菌领域的研究前沿和热点。尽管已有多种抗菌肽被报道,但其作用机制尚不完全明确,部分原因是由于SEM、TEM、AFM等常规观测手段,仅能提供抗菌肽与细菌结合后的静态信息,难以揭示抗菌肽与细菌结合的动态过程。

聚集诱导发光探针用于抗菌肽

聚集诱导发光探针用于抗菌肽
相对于上述静态成像技术,荧光成像具有成本低、易于操作、可实时原位观测等优点。由于抗菌肽在杀灭细菌时,通常需要高浓度聚集于细菌的表面或内部,而传统荧光染料存在聚集猝灭发光(ACQ)的缺陷,难以用于抗菌肽的作用机制研究。此外,传统荧光染料光稳定性差,难以长期实时监测抗菌肽与细菌的结合过程。因此,发展能够克服ACQ缺陷,且简便易得、光稳定性好的荧光探针,实时原位监测抗菌肽与细菌的结合过程,对揭示抗菌肽的作用机制具有重要意义。

聚集诱导发光(AIE)材料具有聚集态发光效率高、斯托克位移大、生物相容性好、抗光漂白能力强等优点。近日,香港科技大学唐本忠院士团队与华南理工大学王迎军院士团队合作,通过在抗菌肽HHC36(KRWWKWWRR)上修饰AIE分子2-(2-羟基苯基)苯并噻唑(HBT),制备了AIE探针AMP-2HBT(图1),不仅保持了HHC36多肽的抗菌活性,而且由于其在稀溶液中发光很弱,可通过荧光“点亮”的方式,实时观测抗菌肽与细菌的结合过程,进一步通过STORM超分辨荧光成像、SEM和TEM成像,有效揭示了抗菌肽HHC36通过破坏细菌膜的结构从而杀灭细菌的机制。

该工作通过在抗菌肽上修饰AIE分子,在不影响抗菌肽自身活性的前提下,可通过荧光成像实时动态观测抗菌肽与细菌的结合过程和作用方式,有效克服了传统荧光染料的聚集猝灭发光缺陷,为抗菌肽的机制研究提供了一种有效的研究工具。

这一研究成果近期发表在《ACS Applied Materials & Interfaces》上,文章的共同第一作者为华南理工大学陈军建博士、高蒙副研究员和王琳副研究员,本文的通讯作者为唐本忠院士王迎军院士任力教授

论文链接:
https://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021%2Facsami.7b18221

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发表于 2018-4-21 09:33:55 | 显示全部楼层
简易一锅法多组分聚合路线制备非传统发光的多功能小杂环聚合物材料
香港科技大学唐本忠院士团队在《J. Am. Chem. Soc.》发表了题为Facile Multicomponent Polymerizations toward Unconventional Luminescent Polymers with Readily Openable Small Heterocycles的文章。在工作中,作者基于已报道的多组分小分子反应(Yan, J. et al., J. Org. Lett. 2007, 9, 1585),开发出了一种简单的一锅法多组分聚合路线,成功制备出了一系列多功能小杂环聚合物。
杂环聚合物因其独特的机械、电学和光物理性质及其在航空、制造、化工、电子和光电产业等多个领域良好的应用前景而受到广泛关注,是一类重要的先进功能材料。其中,具有小杂环的聚合物材料近期受到了高分子和材料学家们的特殊关注。张力环在聚合物主链中的引入可以赋予相应的聚合物材料优异的机械响应性能,同时也有助于对聚合物力化学的研究。当在聚合物骨架中引入大量的张力小杂环时,所得到的聚合物将有潜力表现出与众不同的有趣性质和先进的材料性能。然而,与研究广泛的含有五、六元杂环的聚合物体系相比,含有易开环的小杂环的功能聚合物体系因其较大的合成难度而研究较少,尤其是以张力环作为重复单元的聚合物的合成和性质研究还鲜有报道。已报道的合成路线往往繁琐复杂或者聚合反应条件严苛,因此很大程度上限制了对此类聚合物多方面性能的深入探索与研究。
作者基于已报道的多组分小分子反应(Yan, J. et al., J. Org. Lett. 2007, 9, 1585),开发出了一种简单的一锅法多组分聚合路线,成功制备出了一系列多功能小杂环聚合物(图1)。该聚合路线以简单易得的二炔、二磺酰叠氮和碳二亚胺作为单体,在室温下即可高效高原子经济性的生成多取代的富杂原子氮杂环丁烷结构。

多组分小分子反应及衍生出的多组分聚合反应生成多取代氮杂环丁烷结构

多组分小分子反应及衍生出的多组分聚合反应生成多取代氮杂环丁烷结构
图1. 多组分小分子反应及衍生出的多组分聚合反应生成多取代氮杂环丁烷结构
在酸性条件下,聚合物骨架中的氮杂四元环结构可以快速高效地发生开环反应,产生具有酰胺和脒基元的全新结构的聚合物(图2)。开环后的模型化合物和聚合物结构通过HRMS, IR, 1H NMR, 13C NMR, DEPT-135 NMR, 2D NMR, 元素分析, 单晶X射线衍射等技术手段得到了充分的表征与验证。

模型化合物及含氮杂四元环聚合物的开环反应

模型化合物及含氮杂四元环聚合物的开环反应
图2. 模型化合物及含氮杂四元环聚合物的开环反应
值得一提的是,所得到的含氮杂环丁烷聚合物表现出了有趣的非传统发光性质。虽然其结构中没有经典的大π共轭结构,但是其固体粉末在长波紫外光照射下却可以发射出可见波段的荧光。模型化合物的单晶分析结果和DFT理论计算结果表明这类氮杂环己烷结构在固态下存着在很强的空间π-π相互作用和多重孤对电子相互作用。这些相互作用共同辅助形成了一种空间共轭的发色团。这种非传统发色团在聚合物链中由于链缠结及链内/间相互作用的存在会进一步发生团聚,使得构象更加刚性化,从而提高了孤对电子和π电子之间的接触机会,进而通过杂原子-π和π-π相互作用进一步发生离域(图3)。聚合物固体样品中的相互作用被创新性地通过X射线光电子能谱(XPS)进行了探究。基于以上分析,作者将这种非传统发光现象归因为“簇发光体”的形成。聚合物自身的复杂性和多分散特性使得聚合物体系中可以同时存在多种不同构象和共轭程度的“簇发光体”,从而使其表现出有趣的激发波长依赖型发光行为。这些非传统空间共轭发光化合物和聚合物的开发和机理研究既扩宽了有机发光体的范围,便于设计开发出更多新型发光材料,同时也有助于推动对生物大分子的自发荧光现象的进一步理解和机理探究。

模型化合物及含氮杂四元环聚合物的非传统发光现象的机理

模型化合物及含氮杂四元环聚合物的非传统发光现象的机理
图3. 模型化合物及含氮杂四元环聚合物的非传统发光现象的机理解释:实验结果分析与示意图
此外,这些含氮杂环丁烷聚合物还具有优异的透光性、可调控的高折光指数、低色散和良好的可光刻性能,使其在先进光电子器件中可以得到潜在的应用。开环后的聚合物还可以在生物成像领域用作溶酶体特异性的荧光探针。

该研究开发了一种简易的构筑小杂环聚合物的一锅法多组分聚合方法。该合成策略具有原料易得、操作简单、反应条件温和、效率高、环境友好、原子经济性高等优势。主链中大量张力环的存在使得聚合物可以高效发生酸介导的开环后修饰反应。这一特性既丰富了聚合物结构也很好地调控了聚合物性能、扩宽了所得聚合物材料的应用范围。相信该工作将会进一步促进更多小杂环聚合物的设计、合成、改性和功能化研究。

文章作者:

Ting Han, Haiqin Deng, Zijie Qiu, Zheng Zhao, Haoke Zhang, Hang Zou, Nelson L. C. Leung, Guogang Shan, Mark R. J. Elsegood, Jacky W. Y. Lam,* and Ben Zhong Tang*

文章题目:

Facile Multicomponent Polymerizations toward Unconventional Luminescent Polymers with Readily Openable Small Heterocycles

文章链接:

https://pubs.acs.org/doi/full/10.1021/jacs.8b01991

DOI: 10.1021/jacs.8b01991


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使不见的可视化——原位监测四苯乙烯的RAFT聚合反应,其含有聚集诱导发光特性

在学术和工业领域监测和了解原位聚合过程都是至关重要的,特别是对于防止爆炸反应。单体、引发剂和聚合物分子的扩散在聚合反应动力学过程中起着重要作用,也在聚合物的性质上起着重要作用。如流变学、粘度测量法或膨胀法都被使用来获的这些信息。然而,这些方法只能从宏观的粘度获取这些信息,而不能从分子水平获得。

RIM原理

RIM原理

近日,中国香港科技大学的唐本忠教授和Jacky W. Y. Lam教授采用了一种简便而有效的方法原位将聚合作用可视化。合成了一组含有二硫代氨基甲酸乙酯的二硫代氨基甲酸酯(TPE),并作为RAFT聚合的载体进行了筛选。利用交替的可见光照射,使得RAFT聚合处于“开”和“关”的可控状态下。由于其聚集诱导的排放特性,TPE的排放对局部粘度变化很敏感。在不破坏反应体系的前提下,“裸眼”可以很容易地获得定量信息。此外,十二种不同的聚合体系也充分证明了这种技术的通用性。目前,这种方法为理解受控的活性自由基聚合过程提供了一个强有力的平台。研究成果以题为“Making Invisible Visible: In Situ Monitoring the RAFT Polymerization by Tetraphenylethylene-Containing Agents with Aggregation-Induced Emission Characteristics”发布在国际著名期刊Angew. Chem. Int. Ed.上。




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发表于 2018-5-21 08:28:38 | 显示全部楼层
基于单个聚集诱导发光分子的多重可控光反应

化学家一直在追求新的方法来获得多重可控的分子材料。光反应由于具有较高的时空分辨率和非侵入的作用方式备受欢迎。尽管已经有很多光响应单元用来控制微观结构及其相应的宏观性质,然而大部分的体系特异性功能单一,在应用上受到很大的限制。如何开发具有多重可控的单个光响应体系是一个重大的挑战。目前大部分的报道是基于有机合成或者超分子组装的方法将多种不同的光反应单元组合到同一体系中,但是这些方法都不可避免地面临一些问题,比如需要复杂的合成和后处理,组装体能否保持稳定存在等。另外,每个光反应单元都具有特异性的激发波长,如何在复杂的体系中实现激发波长和功能的兼容性非常难以控制。顺反异构、光环化以及光加成是三种广泛研究的光响应系统。每一种光反应都已经有很多优秀的工作报道,尽管很多工作都具有较高的可控性,但是都面临“一个萝卜一个坑”的问题。能否将这三种反应引入同一个分子中实现多重特异性的可控光反应成为人们思考的问题。

大部分的光反应都会破坏或者延长分子的共轭,相关过程通常会伴随吸收和发光的变化。以往的很多光反应研究都是基于聚集诱导淬灭(ACQ)分子,使人们很难通过荧光的方法跟踪固态或者聚集态下的反应过程。香港科技大学唐本忠院士课题组首次报道了聚集诱导发光(AIE)现象,具有AIE性质的分子在溶液中几乎不发光或者呈现很弱的光,而在聚集态下可以发出很强的荧光。他们预期如果一种分子既存在AIE性质,又具有溶液态和聚集态下不同的光反应行为,人们就能很轻易地用肉眼追踪不同状态下的光反应。

分子结构与多重可控的反应途径

分子结构与多重可控的反应途径

图1. 分子结构与多重可控的反应途径

作者精心设计了一种含有氰基苯的聚集诱导发光分子,并且展示了其在不同条件下多重可控的光反应路径。通过调节聚集态的形貌或者选择不同光源激发,他们设计的分子可以经历以下三种反应途径:(1)纯有机溶剂中可见光和加热控制的可逆顺反异构化;(2)含水量较低的有机和水混合溶剂中,紫外光促进的伴随明显荧光增强效应的光环化反应;(3)水溶液中,具有高度立体和区域选择性微晶辅助的光二聚反应。光环化和光二聚反应在稀溶液中都以几乎定量的方式完成,并且AIE的特性使他们能够通过吸收和发射两种模式来跟踪和可视化这两个反应的过程。结合AIE分子在可见光区具有较强的吸收以及微晶辅助二聚反应的机理,作者实现了日光灯下结晶过程中从单体到二聚体的几近定量转化。模型化合物研究和理论计算提供了深层次光二聚反应的途径和机理。基于具有高对比度荧光点亮的环化反应和荧光淬灭二聚反应,作者设计了光照前后具有明显信噪比增强的图案。这种简便高效的控制光反应途径的方式为后续构建智能的可视化多重发光材料提供了全新的思路。

相关研究结果发表在J. Am. Chem. Soc. 上,该课题组的博士后魏培发博士为论文的第一作者,唐本忠院士为通讯作者。该研究得到国家自然科学基金、国家重点基础研究发展计划(973)以及香港AoE、RGC等项目的资助。


该论文作者为:Peifa Wei, Jing-Xuan Zhang, Zheng Zhao, Yuncong Chen, Xuewen He, Ming Chen, Junyi Gong, Herman H.-Y. Sung, Ian D. Williams, Jacky W. Y. Lam and Ben Zhong Tang
Multiple yet Controllable Photoswitching in a Single AIEgen System
J. Am. Chem. Soc., 2018, 140, 1966, DOI: 10.1021/jacs.7b13364



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发表于 2018-6-21 10:47:22 | 显示全部楼层
6月6日,香港科技大学唐本忠院士应邀到中国科学院长春应用化学研究所做客“应用化学系列讲座”,以《创新研究三部曲》为题作报告。报告会由王利祥研究员主持,长春应化所学术委员会主任张洪杰院士为唐本忠院士颁发了应用化学系列讲座纪念牌。  


  科学研究的核心在于源头创新。唐本忠院士在报告中以“创新”为主题,提出并解答了三个问题:为什么做研究?做什么样的研究?怎样做研究?阐述了“创新研究三部曲”的内涵——发现新现象、发掘新问题;提出新概念、建立新模型;开发新应用、开拓新领域,并与青年科学家及研究生们分享了他在“聚集诱导发光”领域的研究经验与体会,鼓励大家科学研究要挣脱传统观念的束缚,善于发现新现象、发掘新问题。报告厅内座无虚席,许多人站在过道上聆听了整场报告,精彩的报告赢得阵阵的热烈掌声。报告会后,唐本忠院士与参会人员进行了深入沟通和交流。


唐本忠

唐本忠
  唐本忠院士,1957年出生,香港科技大学讲座教授,主要从事高分子合成和聚集诱导发光(AIE)的研究。1982年毕业于华南理工大学,1985年、1988年在日本京都大学分别获硕士、博士学位。1989-1994年在加拿大多伦多大学从事博士后研究,1994年至今历任香港科技大学助理教授、副教授、教授、讲座教授。2009年当选中国科学院院士,2013年入选英国皇家化学会Fellow。2012年起任华南理工大学兼职教授。2007年获国家自然科学奖二等奖以及裘槎高级研究成就奖, 2014-2017年连续入选全球材料和化学领域“高被引科学家”。2017年获国家自然科学奖一等奖以及何梁何利基金科学技术进步奖。现为973计划项目首席科学家、国家自然科学基金重大项目负责人,中国化学会和英国皇家化学学会(RSC)联合期刊Materials Chemistry Frontiers主编,RSC高分子化学丛书主编,Polymer Chemistry(RSC)和Progress in Chemistry杂志副主编。

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发表于 2018-7-15 20:52:35 | 显示全部楼层
唐本忠院士团队-“荧光材料”10秒测出内毒素


内毒素检测,对脓毒症、原因不明的发热、肝脏功能障碍等疾病的诊断具有十分重要的意义。唐本忠院士团队成员、艾伊津生物科技有限公司总经理姚必成表示,“基于AIE技术的细菌内毒素检测试剂及设备的开发”项目取得重大进展,AIE材料可以解决目前内毒素检测领域的痛点。
据介绍,内毒素的检测常用的鲎试剂来源于海洋生物“鲎”的蓝色血液,破坏海洋生态,另外鲎血液非常昂贵,同时检测手段繁琐且产品质量不稳定,并且长期被欧美国际企业垄断。内毒素现在并没有相关的荧光快速检测技术,而AIE材料可以在10秒左右快速将内毒素的浓度指标出来,同时还可以大大降低使用成本。

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发表于 2018-7-16 08:48:28 | 显示全部楼层

JACS封面:用于多模式生物成像的AIEgen核壳纳米颗粒

AIEgen核壳纳米颗粒

AIEgen核壳纳米颗粒

香港科技大学的唐本忠院士(通讯作者)团队通过银离子和AIEgen(具有聚集诱导发光性质的分子)的氧化还原反应制备了一种新型的以银纳米颗粒为核的AIEgen核壳纳米颗粒。这种纳米颗粒整合了银纳米颗粒和AIEgen分子的性质,兼具优异的聚集态荧光和等离子散射能力。此外,这一纳米颗粒表现出良好的生物相容性和抗环境破坏能力,因此在暗场显微、荧光成像以及X射线CT成像等领域具有优异的表现。

文献链接:Redox-Active AIEgen-Derived Plasmonic and Fluorescent Core@Shell Nanoparticles for Multimodality Bioimaging(JACS, 2018, DOI: 10.1021/jacs.8b02350)


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发表于 2018-7-23 08:28:11 | 显示全部楼层
聚集诱导发光——团结就是力量,聚集照亮健康



在现代医疗体系中,分子影像学是监测健康相关的生理和病理过程的有力工具。目前,已经发展了多种成像模式,如超声、X-射线、核磁共振等。然而,这些成像模式普遍存在着分辨率低和灵敏度差等问题。相比之下,荧光成像具有灵敏度高,实时可视化,副作用小,操作简便等特点。有机发光材料具有一些自身的优点,包括生物相容性好,方便易得以及潜在的可降解性等,在活体成像领域具有非常好的应用前景。例如,吲哚菁绿(ICG)和亚甲基蓝(MB)已经被FDA批准用于临床使用多年,显示了有机小分子材料在临床转化方面的巨大潜力。然而,传统的有机染料存在一些问题,包括斯托克斯位移小(<30 nm),抗光漂白性差和聚集导致猝灭等问题,大大限制了它们的实际应用。尤其是聚集导致猝灭问题,对固态或者聚集态的应用非常不利。

聚集诱导发光

聚集诱导发光

2001年,唐本忠院士课题组首次提出了”聚集诱导发光(AIE)”的概念,是一种新的光物理现象。与聚集导致猝灭现象不同,AIE材料在稀溶液中几乎不发光,而在聚集态的发光非常强。通过一系列机理方面的研究,分子内运动受限证明为AIE现象的主要机理。在该机理的指导下,开发了大量的AIE分子,其发射波长可以覆盖整个紫外-可见光波段,最近已经延伸到近红外区域。该类材料在光电器件、化学传感、过程监测、细胞成像和生物探针等领域取得了重要的应用。最近几年,涌现了大量性能优异的生物应用AIE材料,在活体成像与诊断治疗等方面显示出非常重要的应用前景。

香港科技大学唐本忠院士和南开大学丁丹教授课题组对AIE材料的生物应用进行了归纳性的系统总结。文章主要评述了近期AIE材料在动物体内的研究进展,包括长期追踪、三维血管造影、多模态成像、疾病诊断治疗和可激活探针等方面的应用。AIE纳米粒子可以对干细胞进行长达42天的长效追踪,可以用于大深度的脑部双光子成像,用于近红外二区的高分辨率成像探测;AIE材料可以与其它成像模式相结合,进行多模态成像,例如:荧光/CT,荧光/核磁共振,荧光/光声等;通过有效利用光物理过程产生的能量,AIE材料可用于诊断治疗一体化,如荧光成像介导的光动力学治疗,化学发光和光动力/化疗协同治疗;光声成像介导的光热治疗等;AIE材料自身的特点使其可以很好地用于可激活的探针,如“点亮型”的细胞凋亡检测和治疗,炎症部位的荧光激活和药物治疗追踪,光可控的荧光-光声成像可逆转变及大幅提高肿瘤手术的监测与治疗效果。文章最后,作者还对该领域的未来发展进行了展望,例如:开发同时具有近红外吸收和发射的AIE材料;发掘分子转子在促进光声性质方面的应用;利用AIE机理,更好地探索“点亮型”探针的活体应用;开发高特异性的刺激响应型探针;调控发光寿命,用于时间尺度的成像等。

相关综述文章发表在Advanced Healthcare Materials (DOI: 10.1002/adhm.201800477)上。本文的作者依次为齐迹博士,博士生研究生陈超,丁丹教授和唐本忠院士。



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发表于 2018-9-7 08:21:42 | 显示全部楼层
唐本忠Chem. Soc. Rev.:基于四苯乙烯的聚集诱导发射效应

具有聚集诱导发射(AIE)效应的有机分子由于其在化学/生物传感器的应用潜力而受到更多关注。易合成的四苯乙烯(TPE)及其衍生物在该领域得到最广泛的研究。最近,有大量关于此的研究,TPE大环和笼的合成、性质和应用研究已有报道。唐本忠院士等人首次从TPE大环和笼子的自组装、设计和光物理特性等方面总结概述,并涉及TPE的应用前景。


基于四苯乙烯的聚集诱导发射效应

基于四苯乙烯的聚集诱导发射效应
Feng H, Yuan Y, Xiong J, et al. Macrocycles and cages based on tetraphenylethylene with aggregation-induced emission effect[J]. Chemical Society Review, 2018.
DOI: 10.1039/C8CS00444G
http://dx.doi.org/10.1039/C8CS00444G

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发表于 2018-10-2 07:46:20 | 显示全部楼层
唐本忠团队Angew.:增强光敏化的2个策略!

供体-受体(D/A)的光敏剂(PS)的设计研发是基于试错法而不是具体规则。唐本忠院士团队通过提出两个有效策略来增强光敏化效率:促进聚合光敏化和D/A奇偶效应。共轭聚合物表现出1O2更高的产生效率。此外,PS与A-D-A结构显示出更高的光敏化效率。体外和体内实验证明,两种材料可以用作光敏剂抗癌疗法。这些策略为其他聚合物和小分子在光敏剂领域的应用提供新思路。

增强光敏化

增强光敏化
Liu S, et al. Strategies to Enhance the Photosensitization: Polymerization and D/A Even-Odd Effect[J]. Angewandte Chemie International Edition, 2018.
DOI: 10.1002/anie.201810326
https://doi.org/10.1002/anie.201810326

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发表于 2018-10-20 13:29:03 | 显示全部楼层
唐本忠院士AM:设计聚集诱导发光体用于体内肿瘤代谢成像
可以发射红光或近红外(NIR)光的聚集诱导发光体(AIEgens)具有良好的生物医学应用前景。Ni等人将四苯基乙基苯(TPE)引入电子缺陷的BI的外围,合成了具有长波长发射的AIEgen,简称为2TPEBI。它采用供体-受体结构,在乙腈中表现出较大的Stokes位移,同时它还具有56.6%的高固相荧光量子产率。通过进一步将噻吩引入到其分子结构中,还可以产生具有更高共轭和近红外发射的2TPE-2T-BI来用于体内代谢标记。

设计聚集诱导发光体用于体内肿瘤代谢成像

设计聚集诱导发光体用于体内肿瘤代谢成像

Ni J,Zhang P, et al. Red/NIR-Emissive Benzo[d]imidazole-Cored AIEgens: Facile Molecular Design for Wavelength Extending and In Vivo Tumor Metabolic Imaging[J].Advanced Materials, 2018.
DOI:10.1002/adma.201805220
https://doi.org/10.1002/adma.201805220

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发表于 2018-10-28 09:53:02 | 显示全部楼层
报告题目: Clusteroluminescence: A New Frontier in AIE Research
报告人: 唐本忠院士
时间: 2018年10月30日15:00
地点: 武汉大学创隆厅

报告人简介:
唐本忠院士 男,教授,1957年2月生,1982年于华南理工大学获学士学位,1985年、1988年先后获日本京都大学硕士、博士学位。曾在多伦多大学化学与药学系从事博士后研究、日本NEOS公司中央研究所任高级研究员。1994年至今历任香港科技大学化学系助理教授、副教授、教授、讲座教授、张鉴泉理学教授。2006年受聘为浙江大学“光彪讲座教授”。2009年当选中国科学院院士。2012年至今担任华南理工大学-香港科技大学联合实验室主任。2012年起受聘为华南理工大学双聘院士。2012年至2014年间兼任香港科技大学生物医学工程学系讲座教授。2015年担任国家工程技术研究中心香港分中心主任。

其主要研究领域包括:1)研发具有光、电、磁和生物功能的先进材料特别是具有聚集诱导发光特性的荧光材料并拓展这些材料在诸如光电器件,高灵敏度的化学、生物探针体系,和生物荧光成像等领域中的应用;2)设计合成新型高性能聚合单体,构筑新型大分子,3)探索适用于线性和超支化共轭有机或有机金属聚合物合成的新型聚合体系,开发适应于多种官能团的具有立体选择性的催化体系和聚合反应。

基于唐教授在聚集诱导发光领域取得的成就和在领域的引领作用,应世界著名的Wiley出版社的诚挚邀请,他与国内外研究AIE材料的各大课题组共同撰写了一本有关AIE的专著,现已经得到国内外的广泛关注。已发表学术论文1000多篇,总引约67,000次,h因子为126。作为项目负责人承担了总资金约4000万港币和8000万人民币的科研项目80余项,其中包括国家自然科学基金委基础科学中心项目1项、国家重点基础研究计划(973计划)1项、国家杰出青年基金1项、国家自然科学基金3项、国际合作项目3项等。在学术会议上作了400多场邀请报告,拥有50多项专利。现任ACS新闻周刊Noteworthy Chemistry专栏科学新闻撰稿人,Materials Chemistry Frontier (RSC)总主编,英国皇家化学学会(RSC)高分子化学丛书主编,Polymer Chemistry(RSC)和Progress in Chemistry杂志副主编,以及20多家国际科学杂志顾问、编委或客座编辑等。

先后获得多项荣誉及奖励,于2002年获得由国家自然科学基金授予的“杰出青年学者”(B类,海外华裔科学家)称号,2007年获国家自然科学二等奖、Croucher基金会高级研究员奖、中国化学会王葆仁奖和Elsevier杂志社冯新德奖,2012获Science China Chemistry杰出贡献奖、美国化学学会高分子材料部:科学与工程分会Macro2012讲座奖等,2014年获伊朗国家科技部科学技术研究组织颁发的Khwarizmi国际奖和2015年获广州市荣誉市民,连续2014-2017年当选全球材料和化学领域“高被引科学家”。2016年,AIE纳米粒子被《Nature》列为支撑即将来临的纳米光革命的四大纳米材料之一,并是唯一一种由中国科学家原创的新材料;同年,美国CNBC电视台以“Year of Cancer”的主题,实况专访唐院士,向全球直播介绍AIE荧光探针在识别癌症细胞等领域的应用;以第一项目完成人身份凭“聚集诱导发光”项目获得2017年度国家自然科学一等奖。

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发表于 2018-11-20 16:48:28 | 显示全部楼层
Principles and Applications of Aggregation-Induced Emission(聚集诱导发光原理及应用)

Youhong Tang and Ben Zhong Tang (Eds):
Principles and Applications of Aggregation-Induced Emission
(聚集诱导发光原理及应用)
1st ed. 2019, XIV, 514 p. 387 illus., 276 illus. in color. Springer
报导了国内外众多知名学者在这个高度活跃的研究领域从基础研究,性能标定到技术应用方面的最新进展;
突出了AIE在生物医学,传感器材料和光电等领域的应用;
提出了对进一步发展AIE及其衍生技术的全面看法及所面临的挑战;

聚集诱导发光原理及应用

聚集诱导发光原理及应用
  从2001年聚集诱导发光(AIE)概念提出至今,越聚集越发光的AIE材料在光电器件、化学传感、生物检测和成像诊疗等领域的巨大应有潜力吸引了全球科研人员对其进行广泛和深入的研究。全球已有80多个国家和地区的1500多个单位的科学家从事AIE相关研究,发表论文数和引文数均呈指数增长。仅2017年,该领域发表论文就超过1500篇,引用超过43000次。AIE已被纳入国内外本科生的实验教学,并被认为是核心概念的重点实验。2016年,《自然》一篇新闻深度分析文章将AIE列为支撑未来纳米光革命的四大纳米材料之一,且是其中唯一一个由中国科学家原创的新材料体系。
  继2013年Wiley出版了两卷Aggregation-Induced Emission: Fundamentals and Applications后,AIE的理论和应用研究领域均有了长足的进展。今年Springer推出了Principles and Applications of Aggregation-Induced Emission一书。在这本书中,AIE研究领域的众多国内外知名学者深入探讨了这一独特研究领域的最新成就,所呈现出来的20个章节揭示了多年来AIE材料从小分子到聚合物到超分子到有机-无机杂化物以及纳米团簇的演变,各种发光基元及化合物的合成路线,同时还有AIE材料在环境传感,生物传感,生物成像和光捕获领域的应用的一些最新进展。
  本书由澳大利亚福林德斯大学唐友宏副教授与香港科技大学/华南理工大学唐本忠院士共同编著。该书可供高等院校及科研单位从事新型材料研究,开发和应用的相关科研与从业人员使用,也可作为高等院校材料,物理,化学,生物,药物,医学,环境及相关专业研究生的专业参考书。
  新书有印刷版和电子版两种选择,请上www. springer.com/shop购买。

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发表于 2019-3-14 16:35:38 | 显示全部楼层
唐本忠Angew.:如何利用好荧光团的非发光衰变
关于利用荧光团的非发光衰变时所耗散的能量的研究还鲜有报道。深圳大学王东博士团队、北京理工大学郑小燕博士团队、华南师范大学胡祥龙博士团队和香港科技大学唐本忠院士团队合作演示了如何将非发光衰变的能量利用于癌症治疗的方法。
实验合成了一种新型化合物(TFM),该化合物具有旋翼状扭曲结构,在远红/近红外区域具有很强的吸收能力,并具有聚集诱导发光(AIE)的特性。分子动力学模拟研究表明,TFM的聚集是一种无序分子组成的非晶态松散状态,这使得分子可以产生有效运动,从而提高了热失活过程中的能量消耗。这些特性使得TFM纳米粒子(NPs)具有较高的光热转换效率(51.2%)、良好的光声(PA)效应和有效的活性氧(ROS)生成。体内结果表明,TFM NPs是一种理想的用于PA成像指导的光学治疗材料。

荧光团的非发光衰变

荧光团的非发光衰变

Wang, D., Zheng, X.Y., Hu, X.L., Tang, B.Z. et al. BoostingNon-Radiative Decay to Do Useful Work: Development of Multi-Modality Theranostic System from AIEgen. Angewandte Chemie International Edition, 2019.
DOI: 10.1002/anie.201900366
http://dx.doi.org/10.1002/anie.201900366

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