正文内容：有机分子受激发后，单重激发态存在荧光辐射和系间窜越两条竞争弛豫通路：高荧光效率往往会抑制系间窜越，而高效三重态生成又会削弱荧光发射，很难在同一个分子中同时实现两种性能。研究人员通过SN2亲核取代反应，制备得到三种紫精基环蕃衍生物TSC‑box 1、TSC‑box 2 和 TSC‑box 3。该系列分子引入[2,2]对环芳构筑单元，依靠刚性大环框架实现串联式空间共轭效应。研究团队系统对比三种分子的光物理性质、气体传感响应以及光动力抗菌能力，证实拥有双对环芳结构的TSC‑box 3综合性能最优。该分子兼顾固态、薄膜态强荧光发射与高效系间窜越过程，一方面可加工成薄膜荧光传感器用于苯胺有毒蒸气检测，另一方面可以作为I型光敏剂产生活性氧，开展光动力抗菌治疗。本工作研究串联空间共轭对于大环分子激发态演化的调控规律，同步完成体外抗菌评价与小鼠感染伤口模型的体内验证，为开发集环境气体检测与生物光治疗于一体的多功能有机光电材料提供可行的分子设计思路。
背景介绍：有机光电材料在环境监测、生物医药领域拥有巨大应用前景，有机分子吸收光子被激发后，产生的单重激发态主要有两条相互竞争的耗散途径：一条是以荧光辐射的形式释放能量，另一条则通过系间窜越转变为三重激发态。这两个过程天然存在此消彼长的博弈关系：想要获得优异的荧光发光，通常会压制系间窜越过程；反之，若要高效生成三重态，分子的荧光发射又会被显著削弱，这就使得单一有机分子很难同时兼备两种优异性能。紫精是一类经典阳离子光电材料，氧化还原可逆、光响应突出，但传统紫精本身荧光极弱，活性氧生成效率不足，限制实际应用。空间共轭依靠芳香环非共价堆叠实现π电子空间离域，刚性环蕃骨架能够进一步稳定该体系。但如何利用空间共轭同时调控荧光与三重态的研究仍较为匮乏。苯胺作为有毒挥发性物质，高湿环境下的高灵敏检测仍存在技术难点；临床耐药菌泛滥，也亟待发掘低毒高效的新型光动力光敏剂。
文章亮点：本研究合成三种紫精环蕃衍生物，TSC‑box 3凭借双[2,2]对环芳单元构建串联空间共轭体系，强化分子内电子耦合，薄膜荧光量子产率可达 31.8%，同时缩小单重‑三重态能级差，提升系间窜越效率，破解荧光与三重态生成相互制约的固有矛盾。基于TSC‑box 3制备的传感薄膜，对苯胺蒸气响应时间小于2 s，检测限低至0.1 ppt，在高湿度环境下仍保持优秀的灵敏度与抗干扰能力，依靠光诱导电子转移实现荧光淬灭完成检测。TSC‑box 3属于低生物毒性I型光敏剂，可高效产生超氧阴离子、羟基自由基，体外对金黄色葡萄球菌、大肠杆菌以及MRSA耐药菌实现广谱高效杀灭，杀菌效果优于部分商用光敏剂。材料通过静电作用靶向结合细菌表面，光照下破坏细菌细胞膜结构实现灭菌，暗毒性低，细胞相容性优异。在动物实验中，该材料可有效促进感染小鼠创面愈合，小鼠体重与主要脏器组织均未出现明显损伤，证明良好体内生物安全性。该工作系统对比三类分子性能差异，阐明分子结构‑光物理性能构效关系，为构筑兼顾气体传感与光动力抗菌的多功能大环光电材料提供新思路。
文章链接：https://doi.org/10.1021/acs.jpcc.6c05463
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