近日，我校化学化工学院探针与化学生物学团队在聚集诱导发光新型染料开发领域取得新进展，相关成果以Investigation into the molecular engineering of xanthene-derived AIE tunable fluorescent switching dyes: experimental and theoretical approaches为题，发表于国际学术期刊Science China Chemistry。该论文的第一作者为我校化学化工学院助理教授郭锐和博士研究生宋文辉，通讯作者为化学化工学院教授林伟英，广西大学为第一通讯单位。

聚集诱导发光（AIE）染料区别于传统发光材料，其通常在稀溶液中表现出微弱或无荧光发射，但在聚集体或固态中荧光发射增强。这一特性有效克服了传统荧光染料在聚集状态下易发生荧光淬灭的局限性，使其在生物医学成像、光电材料等领域独具应用潜力。然而，传统AIE分子在荧光开关的调控方面仍存在一定局限性，开发结构可调、性能稳定的荧光染料成为该研究领域的迫切需求。

针对上述挑战，研究团队设计并合成了一类新型AIE分子并命名为“XD染料”。该染料在以下方面实现了关键突破：（1）独特分子结构：XD染料突破了传统AIE染料含多个分子内自由旋转度的共轭体系模式，采用螺旋环化结构实现荧光增强。这种结构设计不仅提高了分子的稳定性，还为其在聚集状态下的荧光特性提供了新的调控手段。（2）杂蒽基骨架的应用：作为以杂蒽为核心支架的AIE分子，XD染料在结构和性能上均展现出显著优势。其中，XD-4染料尤为突出，其展现出显著的固态荧光和晶体诱导荧光增强特性。这一发现为杂蒽类化合物在材料科学中的应用开辟了新方向，进一步拓展了AIE分子的应用边界。

与传统的AIE荧光团不同，创新的XD染料具有完整的羧基，这种独特的结构特征使得其荧光特性能够通过螺旋环化直接调节。研究团队针对新开发的XD染料与传统AIE染料在分子结构上的显著差异，采用实验方法与理论计算相结合的多学科交叉研究方法，系统探究了其AIE性能的机理，并深入阐明其结构特征与聚集行为。实验结果显示，XD染料在水溶液中表现出较高的荧光发射和明显的聚集现象，表明其具有典型的AIE特性。此外，化合物XD-4表现出晶体诱导的发光增强现象，同时在固体和晶体状态下也显示出荧光。

本项研究还探讨了XD染料的螺旋环化作为可调节荧光开关在生物荧光探针开发中的潜力。在理论计算方面，本研究采用量子化学计算和分子动力学模拟，对XD染料的AIE特性进行了深入探索。综合量子化学计算和分子动力学模拟的结果表明，XD-4具有红移的吸收和发射光谱，在水溶液中具有较高的发射量子效率，并且可以在纳秒的时间尺度上在水溶液中聚集，这进一步支持了XD染料具有典型AIE性质的观点。此外，研究发现XD-4在水介质中的重组能低于气相，这抑制了非辐射跃迁并增强了荧光，从而在理论上分析了XD-4的AIE特性。综合实验数据与理论计算结果，XD染料表现出独特的AIE性能，其结构特征和荧光调控机制与传统AIE染料存在显著差异。这些创新的XD染料具有易于调节的荧光开关，与传统的AIE染料相比具有明显的优势，在染料化学领域具有重要的研究价值。

此项研究成果为染料化学领域发展开辟新的道路，为创造新型的荧光染料和探针奠定基础，在化学、生物学和医学等多个领域展现出广泛的应用前景。