在高科技日新月異的今天，激光的研究和應(yīng)用得到了廣泛的重視。隨著各種激光技術(shù)廣泛應(yīng)用于測量、焊接、醫(yī)療、通訊和軍事等領(lǐng)域，對于激光防護材料的研究也迅速發(fā)展起來。反飽和吸收（reverse saturable absorption, RSA）是一種非線性吸收效應(yīng)，指的是隨著光強的增加物質(zhì)的吸收系數(shù)增大（或透射率減小），通常是由于分子強激發(fā)態(tài)吸收引起的。反飽和吸收是實現(xiàn)激光防護（光限幅）的一種非常有效和方便的手段。
光動力光療（photodynamic therapy, PDT）是一種非常有前途的非侵入式治療癌癥的方法，主要利用無毒的光敏物質(zhì)在特定波長光的激發(fā)下產(chǎn)生光毒性，進而達到治療效果。一般認為光敏劑在受激躍遷到單線態(tài)后通過系間竄躍至三線態(tài)，三線態(tài)的光敏劑再通過電子或能量轉(zhuǎn)移原位生成活性氧物質(zhì)或單線態(tài)氧，從而達到定域殺死癌變細胞的目的。
這兩種看似毫不相關(guān)的應(yīng)用在實際分子設(shè)計時卻有著相似的準則，如高三線態(tài)量子產(chǎn)率、長三線態(tài)壽命以及在可見到近紅外光區(qū)的寬帶基態(tài)吸收。近日，北達科他州立大學(xué)的孫文芳教授（點擊查看介紹）課題組在該課題組基于鉑（II）和銥（III）絡(luò)合物光限幅材料研究的基礎(chǔ)上，進一步設(shè)計和合成了一系列具有N^N螯合配體的二價釕（II）絡(luò)合物，并系統(tǒng)研究了這些釕（II）絡(luò)合物在光限幅和PDT領(lǐng)域潛在的應(yīng)用價值。分子基本設(shè)計思路為：選取具有較強激發(fā)態(tài)吸收的芴聯(lián)苯并噻唑修飾的鄰菲羅啉作為主配體，通過改變另外兩個從屬配體達到調(diào)節(jié)分子基態(tài)吸收以及三線態(tài)特性的目的。作者指出，隨著從屬配體共軛長度的增加，分子最低單重基發(fā)態(tài)（S1態(tài)）的電荷分布從主配體（配體內(nèi)電荷轉(zhuǎn)移（1ILCT）及1π,π *躍遷）轉(zhuǎn)移到從屬配體（1π,π *躍遷）。基態(tài)吸收光譜表現(xiàn)為絡(luò)合物4和5在長波區(qū)具有明顯的禁阻躍遷吸收峰，這對于RSA及PDT都是非常重要的。同時，瞬態(tài)吸收光譜表明配合物1-4在可見和近紅外光區(qū)的瞬態(tài)吸收強度逐漸降低（基態(tài)吸收增強導(dǎo)致），而對于具有大π共軛體系的從屬配體dppn的絡(luò)合物5，其瞬態(tài)吸收光譜明顯不同于其他配合物，且三線態(tài)壽命長達41 μs，理論計算和實驗均表明配合物5的最低激發(fā)三線態(tài)性質(zhì)主要源于dppn配體。配合物1-5對532 nm的納秒脈沖激光表現(xiàn)出很強的激光限幅能力；同時，當(dāng)用作光敏劑時，這些絡(luò)合物在不光照時基本沒有暗毒性，但在白光或紅光的激發(fā)下表現(xiàn)出較強的光毒性。特別是絡(luò)合物5，紅光激發(fā)下的光療指數(shù)（Phototherapeutic Index (PI)）仍可達到12，表現(xiàn)出較好的紅光可激活光毒性。
a）釕絡(luò)合物的紫外可見吸收光譜（實驗及DFT計算結(jié)果）；b）理論模擬絡(luò)合物2和5的S1態(tài)電子分布；c）釕絡(luò)合物的納秒瞬態(tài)吸收光譜
孫文芳教授課題組長期致力于金屬有機絡(luò)合物的非線性光學(xué)性質(zhì)和在光限幅及其他光響應(yīng)材料應(yīng)用方面的研究，相關(guān)工作以全文的形式發(fā)表在Inorganic Chemistry 上，文章的第一作者是王力博士，通訊作者是孫文芳教授。
孫文芳教授簡介
孫文芳，博士，美國北達科他州立大學(xué)（North Dakota State University）化學(xué)與生物化學(xué)系教授，Walter F. and Verna Gehrts講席教授和James A. Meier資深講席教授，湖北省“百人計劃”和天津市“千人計劃”（短期）特聘教授，北京大學(xué)、武漢大學(xué)、江蘇大學(xué)和江南大學(xué)訪問或名譽教授。孫教授先后在武漢大學(xué)、中國科學(xué)院、阿拉巴馬大學(xué)伯明翰分校以及北達科他州立大學(xué)學(xué)習(xí)及工作，長期從事金屬有機光功能材料的研究工作，在光限幅材料、光敏材料、有機發(fā)光材料以及光學(xué)傳感器等領(lǐng)域頗有建樹，先后主持承擔(dān)美國國家自然科學(xué)基金、美國陸軍研究所、美國農(nóng)業(yè)部、美國化學(xué)會等基金項目，已在J. Am. Chem. Soc.、ACS Appl. Mater. Interfaces、Chem. Eur. J.、Chem. Mater.、Dalton Trans.、Inorg. Chem. 等國際一流學(xué)術(shù)期刊發(fā)表學(xué)術(shù)論文110余篇。
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