近日，我校化学与分子工程学院、费林加诺贝尔奖科学家联合研究中心田禾院士团队在振动诱导发光（VIE）分子的应用研究上取得重要进展，利用VIE分子对粘度的宽范围响应，首次从实验上探究了胶束内部微粘度的分布规律，相关研究成果以“Exploring the Depth-Dependent Microviscosity inside a Micelle UsingButterfly-Motion-Based Fluorescent Probes”为题发表在《美国化学会志》上。
聚集体的微观性质是非常具有挑战性的研究课题，比如胶束内部的微粘度仍存在着诸多争议。基于不同的测试方法，部分观点认为球形胶束内部是液态，而另一部分观点则认为是固态。理论计算已经证明球形胶束内部的碳原子密度从核中心到壳层是逐级降低的，因此可以预期球形胶束内部的微粘度也是从核中心的高粘度逐步降低到壳层附近的低粘度，然而目前还没有实验对这种梯度变化进行定量验证。因此，基于新的检测机制，开发合适的工具用以探究胶束内部与深度相关的粘度成为十分迫切的需求。
在前期研究的基础上，田禾院士团队通过进一步研究发现，VIE分子的双发射比率荧光变化具有非常宽的粘度响应范围（即1～300 Pa·s），这为研究胶束内部宽范围的粘度分布提供了有效的分子工具。利用这一特性，基于VIE母核分子DPAC设计了一系列具有振动诱导发光性质的表面活性剂衍生物（DPAC-Fn，n = 3, 5, 7, 9, 11, 13, 15）。通过巧妙的分子设计，在DPAC分子核上引入不同长度的烷基链及端点的正离子将探针分子固定在胶束内部的不同位置上。由于胶束内部不同区域的环境粘度不同，导致探针分子振动诱导发光过程受到影响，体现在双发射比例的变化上，从而实现对胶束内部不同区域微粘度变化的监测。研究结果表明，当探针分子靠近胶束核心时双发射以蓝光主导，而靠近表面时则以红光发射主导，证明了胶束内部从内到外由致密变稀疏的结构特性。另外，通过外标的方法，利用矿物油作为参比体系对该过程进行了初步的定量分析。这是首次实现了荧光传感法定量分析胶束内部的微粘度，对胶束内部微环境研究有着深远的意义。
论文第一作者为我校化学与分子工程学院陈炫颖博士后，通讯作者为张志云教授。该工作得到了田禾院士、曲大辉教授和苏建华教授的悉心指导和大力支持。在计算化学方面得到了山东大学苑士登博士的支持。我校化工学院刘纪昌教授课题组在粘度标样上给予了帮助。该研究成果得到了国家自然科学基金、材料生物学与动态化学教育部前沿科学中心、上海市科技重大专项、上海科学技术委员会、费林加诺贝尔奖科学家联合研究中心等资金支持。
振动诱导发光（Vibration Induced Emission, VIE）是一种有机共轭分子发光的新机制，由苏建华教授和田禾院士团队在研究二氢二苯并吩嗪（DPAC）类分子独特的发光现象时提出（J. Am. Chem. Soc., 2015,137, 8509; Chem. Commun., 2015, 51, 4462）。近年来，该团队围绕DPAC类衍生物独特的基态/激发态分子形变和构象依赖光物理性质，开展了一系列构效关系研究及材料性能应用（J.Am. Chem. Soc., 2022, 144, 4883; J. Am. Chem. Soc., 2022, 144, 22, 10042;Angew. Chem. Int. Ed., 2022, 61, e202116414; Angew. Chem. Int. Ed., 2023, 62,e202305572等），为功能化振动诱导发光材料的构筑和应用拓展提供了理论和实践基础。
原文链接：https://doi.org/10.1021/jacs.3c11482