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{attr}3187{/attr}光开关分子(photoswitches)得益于其快速光响应、远程可控且时空高分辨等特性,已被广泛应用于分子存储、有机光电、固态防伪等材料领域。近年来随着交叉学科的不断深入发展,光开关分子在超分辨成像、光动力学治疗、光药理学等化学-生物-医学交叉研究领域备受关注,成为光控智能材料领域研究热点之一。然而,传统光开关分子通常不可避免地需要紫外光激发。紫外光激发存在高耗能、高损伤、生物毒性大、组织穿透力差等缺点,长期使用容易诱发基因突变,导致细胞凋亡,极大程度限制了光开关分子在生物领域潜在应用。开发生物相容性佳、组织穿透力强的可见光/近红外驱动光开关分子、丰富功能分子库,是光开关功能分子迈向生物医用交叉领域的必经之路和必然需求。
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近期,华东理工大学田禾院士、张隽佶副教授团队发表了关于长波长驱动光开关分子综述,详细阐述了采用可见光/近红外驱动光开关分子的重要性及必要性,并根据光开关分子不同工作机理,对近年来报道的可见光/近红外光开关分子进行系统梳理,囊括了偶氮苯、二芳基乙烯、分子马达、二氢芘在内的多种经典光开关分子体系,以及给-受体Stenhouse加合物、咪唑自由基络合物、靛蓝/半靛蓝类等新兴光开关分子。作者从光驱动波长着手,详尽阐述了每一类可见光光开关分子的设计原理及相关光化学机制,总结其光致异构性能(光开关量子产率、转化率、稳定性等),并对其优势与存在问题进行了分析讨论。同时,结合前期工作对现有长波长光开关分子常用设计策略(给-受体结构、三线态敏化、金属-配体电荷转移等)进行了评价与展望。
最后,作者指出了目前长波长驱动光开关分子研究领域仍存在的不足,即多数分子激发波长仍局限于400 nm-600 nm,且光开关分子异构体的热稳定性(τ1/2)随驱动波长的红移显著下降。开发双向红光/近红外双稳态光开关分子成为了该领域亟待解决的难题之一。作者希望通过该综述可以激发读者追求新分子、新功能、新应用的灵感,同时, 相信从光化学基础理论出发、通过分子理性设计,能够进一步拓展长波长驱动光开关分子库并强化其光化学/光物理性能,推动光开关分子在生物材料、生命科学等领域扮演更为重要的角色。
论文信息
Stepping Out of the Blue: From Visible to Near-IR Triggered Photoswitches
Zhiwei Zhang, Wenhui Wang, Michael O’Hagan, Jinghong Dai, Junji Zhang*, He Tian*
Angewandte Chemie International Edition

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