如何提高荧光染料的量子产率，或许可以从这里找到答案

来源：CBG资讯

荧光染料又被称为荧光色素，其对光的吸收和发射都具有高度的选择性，基于荧光染料的荧光探针不仅灵敏度高、选择性好，并且以此为基础的分析手段对样品友好，分析结果具有可视化的特性。因此，荧光染料在现代分析化学中有着举足轻重的地位。此外，随着生命科学的发展及荧光影像技术的不断突破，基于荧光染料的分析手段在生物分子标记领域、药物筛选、外科手术指导甚至癌症的诊断及治疗等领域也发挥着越来越重要的作用。

近日，德国柏林自由大学的Beate Paulus教授、Siegfried Eigler教授与德国联邦材料研究所的Ute Resch-Genger博士联手研究了二氨基二氰基醌（diaminodicyanoquinones，DADQs）的荧光特性，并通过分子模拟计算从理论上分析了DADQs的荧光特性与结构的关系。作为四氰基对醌二甲烷（TCNQ）的氨基衍生物，DADQs在溶液中的荧光量子产率只有不到0.5%，固体状态下的DADQs荧光量子产率仅达到45%。因此，长久以来DADQs衍生物并没有被当作荧光染料并加以应用，Siegfried Eigler教授等人的研究发现，通过不同基团的修饰，DADQs衍生物的荧光量子产率可以提升到90%。该成果以“Diaminodicyanoquinone–A Novel Class of Fluorescent Electron Acceptor Dyes with High Dipole Moments”为题发表于《德国应用化学》（DOI: 10.1002/anie.201903204）。

图1. DADQs的合成路径及其在不同溶剂的荧光量子产率

（图片来源： Angew. Chem. Int. Ed.）

DADQs衍生物的合成主要分为两步。首先，TCNQ与吡咯烷反应得到活化的TCNQ；之后，活化的TCNQ与各种二氨基化合物反应得到了不含芳香环（1-3）和含有芳香环（4-7）的DADQs衍生物（图1）。之后，作者首先研究了这些DADQs衍生物的光物理性质，结果发现它们在不同溶液中的吸收、发射及摩尔吸光系数均不相同。以3为例，3在乙腈中的最大吸收波长为360 nm（图2a），是所有测试溶液中最短的；3在四氢呋喃溶液中的最大吸收波长则为450 nm（图2a），是所有测试溶液中最长的，而吸收波长的长短并不与它们的荧光发射波长位置相对应。除了溶剂以外，作者还发现这些分子的荧光强度对粘度（图2b）、温度均具有响应性（图2c）。

图2 a）3在不同溶剂中的紫外吸收图谱；b）3在不同粘度溶液的荧光发射图谱；c）3在不同温度下的荧光发射图谱

（图片来源： Angew. Chem. Int. Ed.）

前文提到过，DADQs的荧光量子产率很低。但是作者发现，DADQs衍生物却具有极高的荧光量子产率，特别是4和6，它们在DMSO溶液中的荧光量子产率可以超过90%。但是，即使结构类似的DADQs衍生物之间也存在着明显的差异，如6和7。因此，作者通过计算机模拟对这种现象进行了探究（图3），结果表明，这些分子具有不同荧光量子产率的原因与分子内的自由旋转有关。

图3. 不同的旋转模式及其势能图

（图片来源： Angew. Chem. Int. Ed.）

全文作者：Philipp Rietsch, Felix Witte, Sebastian Sobottka, Gregor Germer, Alexander Becker, Arne Güttler, Biprajit Sarkar, Beate Paulus, Ute Resch-Genger, and Siegfried Eigler。