獲獎(jiǎng)級別：國家自然科學(xué)二等獎(jiǎng)
完成單位：大連理工大學(xué)等
隨著化學(xué)工業(yè)的發(fā)展，染料在使纖維獲得鮮明而牢固的色彩之外，又有了新的用武之地。由大連理工大學(xué)精細(xì)化工國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室主任彭孝軍教授主持的熒光染料識(shí)別與響應(yīng)調(diào)控的理論與應(yīng)用基礎(chǔ)研究項(xiàng)目，將染料的應(yīng)用拓展到了信息、能源、環(huán)境、生物等全新領(lǐng)域。特別是該團(tuán)隊(duì)對熒光染料進(jìn)行的深入探索，讓困擾全球業(yè)界150多年的長波長菁染料大斯托克斯位移熒光雙發(fā)射和比例熒光響應(yīng)難題有了破解之道，使國內(nèi)外與這類染料母體結(jié)構(gòu)相關(guān)的新型染料熒光探針快速涌現(xiàn)，目前發(fā)展起來的相關(guān)探針分子已達(dá)900余種。該項(xiàng)目也因此榮獲國家自然科學(xué)二等獎(jiǎng)。
據(jù)大連理工大學(xué)呂東光老師介紹，熒光染料識(shí)別響應(yīng)調(diào)控的研究成果的重要?jiǎng)?chuàng)新是在近紅外發(fā)光的同時(shí)，具有高的熒光量子產(chǎn)率和高的化學(xué)穩(wěn)定性。目前該成果構(gòu)建的近紅外、大斯托克斯位移和比例熒光發(fā)射的菁染料平臺(tái)，已成為國內(nèi)外學(xué)者廣泛應(yīng)用于染料熒光探針與該菁染料母體相關(guān)，為全球不斷拓寬染料應(yīng)用領(lǐng)域打造了一個(gè)重要的平臺(tái)。
項(xiàng)目組從染料母體結(jié)構(gòu)、識(shí)別基團(tuán)、作用機(jī)理三個(gè)方面，揭示了通過染料激發(fā)態(tài)調(diào)控、實(shí)現(xiàn)熒光比例發(fā)射與響應(yīng)的理論規(guī)律，在染料對客體的專一性識(shí)別和熒光響應(yīng)這一現(xiàn)代分子工程、生命科學(xué)和環(huán)境科學(xué)共同關(guān)注的重大課題上取得了突破性成就。研究顯示出對專一性識(shí)別和比例熒光響應(yīng)向?qū)嵱没繕?biāo)發(fā)展的重要指導(dǎo)價(jià)值，破解了長波長菁染料大斯托克斯位移熒光雙發(fā)射和比例熒光響應(yīng)的難題，得到了斯托克斯位移長達(dá)155nm的氨基取代七甲川菁染料，形成了近紅外比例熒光體系構(gòu)建的平臺(tái)。德國《化學(xué)新聞》評價(jià)該項(xiàng)目創(chuàng)制的平臺(tái)染料“具有其他近紅外染料所沒有的優(yōu)越性”。它使國內(nèi)外與這類染料母體結(jié)構(gòu)相關(guān)的新型染料熒光探針快速涌現(xiàn)，目前發(fā)展起來的相關(guān)探針分子已達(dá)900余種。
大連理工大學(xué)在染料的設(shè)計(jì)、熒光的響應(yīng)方面跟國際相關(guān)研究的不同之處在于：用新的方法調(diào)控染料激發(fā)態(tài)的電子轉(zhuǎn)移、電荷轉(zhuǎn)移、能量轉(zhuǎn)移，并巧妙地應(yīng)用于熒光探針設(shè)計(jì)。熒光探針數(shù)據(jù)采集簡化度高、靈敏程度高、顯微成像分辨率高，能夠?qū)⒆R(shí)別基團(tuán)與染料母體按照特定結(jié)構(gòu)共軛連接，形成了多種比例熒光響應(yīng)體系。
針對生命體內(nèi)干擾因素多、熒光響應(yīng)的強(qiáng)弱不能反應(yīng)真實(shí)情況的問題，為使染料能夠在生命體內(nèi)的響應(yīng)具有專一性和可靠性，他們發(fā)明了新的方法產(chǎn)生比例熒光。比例熒光是從復(fù)雜體系中獲取客體定量信息的理想模式，染料探針就是通過熒光的產(chǎn)生和變化將生命過程可視化，他們用裸眼在紫外燈下可以清楚地看到患者的病毒、癌細(xì)胞、病原體等生命體系的生物、化學(xué)過程，并可望用于病灶組織的邊界界定。
之后，他們應(yīng)用有毒離子的專一性比例熒光探針，用簡便、易得、便宜的方法，對復(fù)雜環(huán)境體系中有毒物質(zhì)實(shí)施有效檢測，為環(huán)境保護(hù)發(fā)揮了特殊作用。例如，貴州地區(qū)煤資源中氟含量高，氟污染直接影響了當(dāng)?shù)鼐用竦纳眢w健康。針對此，他們專門研制了氟離子試紙，當(dāng)?shù)匕傩湛梢苑奖恪?zhǔn)確地檢測家庭飲用水質(zhì)量，而且試紙成本一個(gè)月僅1元錢。目前，該技術(shù)已經(jīng)為國內(nèi)多個(gè)氟污染縣、5000多萬病源區(qū)人口進(jìn)行了預(yù)警。此外，他們還應(yīng)用比例熒光探針獲得國際第一張活細(xì)胞中鎘離子的比例熒光成像，破解了鎘、鋅離子區(qū)分的世界難題。
他們的研究應(yīng)用領(lǐng)域還拓展到了核酸檢測領(lǐng)域，基于相關(guān)的菁類平臺(tái)染料，發(fā)明了對核酸熒光響應(yīng)的染料，規(guī)模化應(yīng)用于五分類血液細(xì)胞分析系統(tǒng)，打破了國外少數(shù)國家的技術(shù)壟斷。
