近日，首都师范大学魏玮、北理工许颜清等以四氯苝二酰亚胺为中心骨架成功合成一种“双子型”有机大环化合物，将其与细菌共孵育形成一种新型染料-细菌复合物。该复合物含有空气稳定的PDI自由基物种，具有良好的近红外光热转换性质，可作为海水淡化的光热材料。该研究已在线发表在Chin Chem Lett上，题目：Stable radicals in bacteria composites hybridized by a doubly-strapped perylene diimide for near-infrared photothermal conversion, doi: 10.1016/j.cclet.2024.110627.
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苝二酰亚胺（PDI）是一类具有优异荧光性、光热稳定性和低成本的有机染料。由于缺乏电子的特质，PDI衍生物可以很容易地被还原成自由基阴离子PDI●–，从而表现出延伸至近红外区（NIR）的典型强吸收，可成为良好的光热转换剂。然而，具有大的平面共轭结构的PDI发色团容易在水溶液或固态中聚集，从而导致荧光猝灭和自由基的损失，不利于实际的应用。为永久性地防止发色团的聚集，首都师范大学魏玮和北京理工大学许颜清课题组近年来通过共价键双侧成环策略合成一类水溶性“双子型”PDI大环，并研究了其在乏氧响应的光热-药物治疗方面的应用（Angew. Chem. Int. Ed. 2022, 61, e202202491；Sci. China Chem. 2024: 1-9）。
在本文中，作者基于同样的设计理念，成功合成了一种水溶性“双子型”分子盒GBox-34+（“Gemini Box”），其中心四氯PDI核的两侧通过阳离子联吡啶基团包围。由于有效的空间隔离，即使在浓度高达2 mM的浓溶液中，发色团聚集也被完全抑制，从而保留了PDI发色团的特征荧光并用于细胞成像（图1）。将GBox-34+与细菌共培养后，经实验证实，无论在水悬浮液还是固体样品环境中，该染料双环-细菌复合物中可形成大量自由基物种PDI●–，并且该自由基在空气条件下可稳定存在，而相应的非环参比物形成的复合物并不能持久稳定自由基物种（图2）。该染料-细菌复合材料具有高效的近红外光热效率和良好的耐久性，可进一步开发为海水淡化的光热材料（图3）。这项工作表明，合理的分子设计以及对生物微环境的充分利用在先进材料的开发中仍具有巨大的创新潜力。
图1. GBox-34+的合成及防聚集表征
图2. GBox-34+及参比物与细菌共培育形成自由基物种的表征
图3. 染料-细菌复合物的光热性质
【作者简介】
魏玮，教授，博士生导师。2009年博士毕业于中科院福建物质结构研究所，同年入职首都师范大学化学系。主要从事超分子和配位化学方面的研究，目前主要聚焦于自主开发的系列“双子型”分子盒（“Gemini Box”, GBox）的合成和应用。详见课题组主页：https://www.x-mol.com/groups/wwei.
许颜清，教授，博士生导师。2006年博士毕业于中科院福建物质结构研究所（导师为洪茂椿院士），同年入职北京理工大学。研究方向主要集中于配位化学/超分子化学与医药、生物诊疗的交叉领域。
