螺环1,2-双(二苯亚甲基)环丁烷衍生物的聚集诱导发光：溴代重原子效应增强荧光及其在活细胞脂滴选择性成像中的独特应用

为解决传统聚集诱导发光(AIE)骨架有限且发光效率低的问题，研究人员设计合成新型螺环1,2-双(二苯亚甲基)环丁烷(BDPCB)衍生物，意外发现溴代重原子可提升39%的绝对量子产率，并实现活细胞脂滴特异性标记，为开发高效AIE探针提供新思路。

　　

在荧光材料领域，一个长期困扰科学家的难题是"聚集导致淬灭"(ACQ)效应——大多数荧光分子在溶液中发光强烈，但在聚集态或固态时却黯然失色。2001年唐本忠团队提出的聚集诱导发光(AIE)概念犹如黑暗中的曙光，但20年来AIE研究始终受限于核心骨架种类稀少，且发光效率普遍低于传统ACQ染料。更令人困惑的是，按照经典光物理理论，重原子效应本应减弱荧光，但近年研究发现某些AIE体系却呈现反常现象。

针对这些关键科学问题，陕西科技大学等机构的研究人员独辟蹊径，设计出全新AIE骨架——螺环1,2-双(二苯亚甲基)环丁烷(BDPCB)衍生物。这项发表于《Dyes and Pigments》的研究突破性地证明：通过精确调控卤素重原子取代，不仅能克服传统重原子猝灭效应，还能将固态绝对量子产率提升至39%，更意外发现溴代衍生物(BDPCB-4Br)可特异性标记活细胞脂滴，为生物成像提供新型工具。

研究团队采用K₂S₂O₈促进的[2+2]环加成反应合成BDPCB系列化合物，通过X射线单晶衍射解析分子堆积方式，结合瞬态荧光光谱和密度泛函理论(DFT)计算阐明光物理机制，并采用共聚焦显微镜评估细胞成像性能。

【结果与讨论】部分揭示：

1. 结构设计方面：创新性地构建双螺环骨架，晶体结构显示其螺旋桨式苯环排列有效抑制π-π堆积，这是实现高效发光的关键。
2. 重原子效应方面：与传统认知相反，溴代修饰使BDPCB-4Br量子产率显著提升，理论计算表明这源于三重关键因素：重原子诱导的分子间卤键增强了对分子内运动的限制(RIM效应)、振动能级降低、以及出乎意料的微弱系间窜越过程。
3. 生物应用方面：仅BDPCB-4Br能选择性标记脂滴，归因于其独特的强分子间作用力和优异亲脂性平衡，这是首个基于重原子效应实现细胞器特异性标记的AIE探针。

【结论】部分强调，该研究不仅拓展了AIE核心骨架库，更颠覆了重原子必然猝灭荧光的传统认知，提出"分子间卤键-RIM协同"新机制。BDPCB-4Br在活细胞成像中展现的靶向性，为开发新一代智能荧光探针指明方向。这项工作由冯海涛团队完成，获得国家自然科学基金等项目支持，相关数据将根据需求公开。