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Chem. Eur. J. :水相荧光纳米颗粒:兼具可调LCST行为和温控光捕获能力

常州大学肖唐鑫研究小组设计合成了一种中性的bola-型两亲分子,其在水相中可自组装成具有蓝光发射的纳米聚集体。该材料展现出可调谐的低临界溶解温度行(LCST)为。并进一步利用该材料在高温时发生荧光蓝移的特性,成功构筑了一种温控光捕获系统。



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图1. CSO的自组装及发光变化示意图

具有刺激响应性的荧光纳米材料逐渐受到人们广泛的关注。刺激响应性荧光纳米材料是指材料在受到外界物理刺激或化学刺激的作用下,做出形态响应和荧光变化的新型智能纳米材料。其中,温度刺激响应性纳米材料是应用最为广泛且研究最为深刻的。然而,常见的温度响应材料仍然存在温度响应不及时、温度测定不准确、温度监测不直观等缺陷。因此,设计一种方便、直观、快捷、绿色的环保型热敏荧光材料具有十分重要的意义。


基于上述考虑,常州大学肖唐鑫研究小组设计并合成了一种bola-型两亲分子CSO(图1),其包含氰基苯乙烯单元(CS)作为疏水中心,低聚(乙二醇)(OEG)基团作为亲水侧链。值得注意的是,CS单元具有优异的AIE性能,而OEG链具有热响应行为。因此,CSO可以在水中自组装成蓝色荧光发光的纳米颗粒,同时表现出LCST行为。有趣的是,CSO在加热时显示出奇特的荧光变色性质;随着加热,荧光从蓝色变成蓝紫色。这种特别的纳米颗粒材料可以用作一种温度可视化的水相荧光温度计。进一步,CSO也可以作为良好的光捕获平台,通过与能量受体SR101共组装,可以构建一种具有高温抑制作用的光捕获系统,简单模拟了自然界中高温对光合作用的抑制。


作者首先研究了CSO在水溶液中的自组装过程,随后对其LCST行为进行了研究。考虑到CSO的热敏性对其自组装行为的影响,并可能进一步影响到CSO的荧光发射。作者对CSO的温度响应荧光行为也做了对应测试(图2)。随着温度升高,位于450 nm处的的荧光逐渐降低;同时,位于387 nm处的荧光逐渐升高,并伴随亮蓝色到蓝紫色的荧光变化。CSO这种特性可以作为一种潜在的温度可视化水相荧光温度计。

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图2. 温度变化对CSO纳米颗粒的荧光影响研究

CSO还可作为水相人工光捕获平台。通过共组装策略将SR101引入到CSO纳米结构中。如图3,随着SR101的逐渐增加,CSO在450 nm处的荧光强度逐渐降低,而SR101在610 nm处的发射峰显著增加。荧光寿命以及荧光颜色变化均表明了从CSO到SR101发生了能量转移。值得一提的是,该过程在高温下因CSO发射光谱的蓝移而表现不佳,让人联想到自然界中高温对光合作用的抑制。

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图3. 利用CSO作为天线构建光捕获系统

文信息

Fluorescent Nanoassemblies in Water Exhibiting Tunable LCST Behavior and Responsive Light Harvesting Ability

Tangxin Xiao,* Lu Tang, Dongxing Ren, Kai Diao, Zheng-Yi Li, and Xiao-Qiang Sun


Chemistry - A European Journal

DOI: 10.1002/chem.202203463




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