近日，中國科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所分子探針與熒光成像研究組研究員徐兆超團(tuán)隊與新加坡科技設(shè)計大學(xué)劉曉剛教授團(tuán)隊合作發(fā)表綜述文章，總結(jié)了近年來通過調(diào)控扭轉(zhuǎn)分子內(nèi)電荷轉(zhuǎn)移設(shè)計高亮度和高敏感熒光團(tuán)的工作。
針對生物單分子檢測和超高時空動態(tài)分辨熒光成像的前沿需求，設(shè)計高亮度、高光穩(wěn)定和環(huán)境敏感的熒光染料是近年來的研究熱點。扭轉(zhuǎn)分子內(nèi)電荷轉(zhuǎn)移（TICT）是一種可淬滅熒光并大幅降低染料光穩(wěn)定性的光物理過程。受光激發(fā)后，染料分子的電荷給體相對受體逐漸扭轉(zhuǎn)至（近乎）垂直構(gòu)型，使得電荷完全分離，形成暗態(tài)。研究發(fā)現(xiàn)，通過改變?nèi)玖戏肿咏Y(jié)構(gòu)而抑制TICT的發(fā)生能夠顯著提高熒光強(qiáng)度和光穩(wěn)定性，這種染料適用于熒光標(biāo)記；通過環(huán)境因素調(diào)控染料的TICT能夠改變熒光信號，這類敏感的染料可用作熒光探針。
大連化物所發(fā)表通過調(diào)控扭轉(zhuǎn)分子內(nèi)電荷轉(zhuǎn)移設(shè)計高亮度和高敏感熒光團(tuán)的綜述論文
本綜述首先回顧了DMABN染料雙熒光的發(fā)現(xiàn)和TICT模型的提出與驗證；隨后，總結(jié)了通過抑制TICT來提高染料亮度和穩(wěn)定性的分子設(shè)計和相應(yīng)超分辨熒光成像的研究熱點；綜述了增強(qiáng)TICT的分子設(shè)計及相關(guān)熒光探針的應(yīng)用，包括溫度探針、粘度探針、小分子探針、蛋白質(zhì)探針、DNA探針、RNA探針、聚集誘導(dǎo)發(fā)光（AIE）染料等。最后，文章總結(jié)了TICT之外的一些激發(fā)態(tài)扭轉(zhuǎn)，包括光誘導(dǎo)電子轉(zhuǎn)移（PET）和分子內(nèi)扭轉(zhuǎn)電荷穿梭（TICS），并比較了PET、TICS、TICT之間的不同。該綜述對調(diào)控染料的TICT和開發(fā)相關(guān)應(yīng)用提供了一定的設(shè)計指導(dǎo)。
徐兆超團(tuán)隊長期致力于熒光分子科學(xué)與工程研究，以熒光分子發(fā)光構(gòu)效關(guān)系為核心，發(fā)展高性能新型熒光團(tuán)和熒光探針。團(tuán)隊在TICT機(jī)制研究方面取得了系列進(jìn)展：實現(xiàn)對TICT過程的定量預(yù)測（Angew. Chem. Int. Ed.，2020）；發(fā)現(xiàn)一種新型的光誘導(dǎo)分子內(nèi)電荷轉(zhuǎn)移機(jī)制，命名為“分子內(nèi)扭轉(zhuǎn)電荷穿梭”（Twisted Intramolecular Charge Shuttle，TICS）（Angew. Chem. Int. Ed.，2019)；通過結(jié)構(gòu)改造抑制TICT發(fā)展了多種高亮度的熒光染料（J. Am. Chem. Soc.，2016)等。
上述綜述以“Twisted Intramolecular Charge Transfer (TICT) and Twists Beyond TICT: from Mechanisms to Rational Designs of Bright and Sensitive Fluorophores”為題，于近日發(fā)表在Chemical Society Reviews上。該工作的第一作者是大連化物所博士后王超。該工作得到國家自然科學(xué)基金、大連化物所創(chuàng)新基金等項目的資助。
