福建物构所等在水溶性镧系分子笼的设计合成及其双模态成像应用研究中取得进展

稀土元素具有独特的光、电、磁性质，应用于生物成像、传感、催化、单分子磁体与上转化发光材料等领域。配位导向自组装是制备新型金属有机多面体型超分子纳米容器的途径之一。与过渡金属不同，镧系离子配位数和构型复杂多变且难以控制，为具有特定分子组成和几何构型的镧系功能配合物的溶液可控自组装带来挑战。目前报道的大部分镧系金属有机分子笼均由中性基团与镧系离子鳌合，在极性溶剂（DMSO和水溶液）中较不稳定，限制其在生物领域的应用。

中国科学院福建物质结构研究所结构化学国家重点实验室研究员孙庆福团队与暨南大学教授陈填烽团队、深圳大学教授李霄鹏团队合作，在水溶性高核镧系分子笼的设计合成及其双模态成像应用研究中取得进展。研究团队利用去质子组装策略及多组分协同增强效应，解决多组分镧系分子笼在水中稳定性和溶解性差的问题。该研究设计合成不同弯曲角度的2, 6-吡啶双四氮唑基配体，通过与镧系金属组装，构筑Ln_2nL_3n（Ln=稀土离子；L=有机配体；n = 2, 3, 4和5）水溶性镧系分子笼。它们在极性溶剂条件下表现出较高的光致发光量子效率：Tb₈L^2a₁₂在水中的总量子产率为11.2%，Tb₈L^2a₁₂在DMSO中的总量子产率为76.8%。同时，由于较大的分子量和刚性骨架特征，钆分子笼具有较高的纵向弛豫速率r1=400.53 mM^-1S^-1，可作为潜在的磁共振成像造影剂（MRI CAs）用于小鼠活体成像。与商用Gd-DTPA（实测纵向弛豫速率r1=3.75 mM^-1S^-1）相比，多核Tb₈L^2a₁₂在肿瘤组织的成像效果好、保留时间长。此外，研究人员通过混金属组装策略构筑Eu/Gd双金属掺杂分子笼，展示在细胞荧光标记和MRI双模式成像中的应用前景。该研究为水溶性多核镧系有机多面体的设计合成提供新思路，并为超分子材料在生物成像、载药等领域的应用提供新选择。

相关研究成果发表在J. Am. Chem. Soc.上，福建物构所博士研究生王卓、暨南大学副研究员贺利贞为论文共同第一作者，研究工作得到中科院战略性先导科技专项、国家杰出青年科学基金等的支持。

论文链接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.0c07514

福建物构所等在水溶性镧系分子笼的设计合成及其双模态成像应用研究中取得进展