徐兆超研究员团队发表通过调控扭转分子内电荷转移设计高亮度和高敏感荧光团的综述论文

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近日，我所分子探针与荧光成像研究组（1818组）徐兆超研究员团队与新加坡科技设计大学刘晓刚教授团队合作发表综述文章，总结了近年来通过调控扭转分子内电荷转移设计高亮度和高敏感荧光团的工作。
　　针对生物单分子检测和超高时空动态分辨荧光成像的前沿需求，设计高亮度、高光稳定和环境敏感的荧光染料是近年来的研究热点。扭转分子内电荷转移（TICT）是一种可淬灭荧光并大幅降低染料光稳定性的光物理过程。受光激发后，染料分子的电荷给体相对受体逐渐扭转至（近乎）垂直构型，使得电荷完全分离，形成暗态。研究发现，通过改变染料分子结构而抑制TICT的发生能够显著提高荧光强度和光稳定性，这种染料适用于荧光标记；通过环境因素调控染料的TICT能够改变荧光信号，这类敏感的染料可用作荧光探针。

　　本综述首先回顾了DMABN染料双荧光的发现和TICT模型的提出与验证；随后，总结了通过抑制TICT来提高染料亮度和稳定性的分子设计和相应超分辨荧光成像的研究热点；综述了增强TICT的分子设计及相关荧光探针的应用，包括温度探针、粘度探针、小分子探针、蛋白质探针、DNA探针、RNA探针、聚集诱导发光（AIE）染料等。最后，文章总结了TICT之外的一些激发态扭转，包括光诱导电子转移（PET）和分子内扭转电荷穿梭（TICS），并比较了PET、TICS、TICT之间的不同。该综述对调控染料的TICT和开发相关应用提供了一定的设计指导。
　　徐兆超团队长期致力于荧光分子科学与工程研究，以荧光分子发光构效关系为核心，发展高性能新型荧光团和荧光探针。团队在TICT机制研究方面取得了系列进展：实现对TICT过程的定量预测（Angew. Chem. Int. Ed.，2020）；发现一种新型的光诱导分子内电荷转移机制，命名为“分子内扭转电荷穿梭”（Twisted Intramolecular Charge Shuttle，TICS）（Angew. Chem. Int. Ed.，2019)；通过结构改造抑制TICT发展了多种高亮度的荧光染料（J. Am. Chem. Soc.，2016)等。
　　上述综述以“Twisted Intramolecular Charge Transfer (TICT) and Twists Beyond TICT: from Mechanisms to Rational Designs of Bright and Sensitive Fluorophores”为题，于近日发表在Chemical Society Reviews上。该工作的第一作者是我所1818组博士后王超。该工作得到国家自然科学基金、我所创新基金等项目的资助。（文/图 王超）
　　文章链接： https://doi.org/10.1039/D1CS00239B


         文章来源：大连化物所
       徐兆超，男，中国科学院大连化学物理研究所研究员。1979年生于山东青岛，2001年和2006年在大连理工大学先后获得学士和博士学位，2006年8月至2008年9月于韩国梨花女子大学做博士后研究，2008年10月至2011年7月在英国剑桥大学作为赫考尔•史密斯研究员从事研究工作，2011年以”百人计划”引进到大连化学物理研究所工作，成立“分子探针与荧光成像”创新特区研究组并任组长，2012年获中国科学院“百人计划”择优支持。研究工作主要涉及生物活性小分子的设计、合成及其在细胞以及活体中的成像和与人类健康及疾病相关的生物学问题研究。研究方向包括荧光探针与细胞成像，生物大分子DNA和蛋白质的荧光标记和荧光识别，和癌细胞荧光识别和活体检测。曾获得辽宁省优秀博士论文和大连理工大学十佳博士论文。在Chem. Soc. Rev.、J. Am. Chem. Soc.、Biomaterials 等期刊发表论文33篇，论文总引用次数超过2000次，他引次数超过1700次，h指数20。