室温磷光（RTP）材料在防伪、传感、生物成像和光电子等领域展现出广阔的应用前景。然而，传统基于贵金属或稀土金属的RTP材料普遍存在毒性高、成本昂贵、加工性差等问题。虽然无毒易加工的高效有机RTP材料备受关注，但其发展仍面临严峻挑战：有机体系中自旋禁阻的系间窜越（ISC）效率低，且三线态激子易因非辐射衰变和环境猝灭而失活。现有提升策略（如结晶、掺杂、刚性基质封装等）往往存在制备条件苛刻、易发生相分离、合成复杂、可调性差等局限。因此，开发兼具低毒性、易加工性、高效性和无定形态的新型有机RTP材料是当前迫切需求。
哈尔滨工业大学威海校区的李惠静和吴彦超教授团队长期从事基于原花青素类植物多酚的基础研究与产品开发，四川大学郭俊凌教授团队则持续聚焦于植物多酚的基础科学与应用探索。近日，双方团队携手合作研究基于原花青素类天然产物的无定形室温磷光材料，联合在Angewandte Chemie International Edition上发表研究论文，并被选为HOT Paper。该研究以儿茶素为原花青素类天然产物的代表性分子，提出一种多酚介导的分子剪接策略，成功构建了柔性CA-BZT和刚性平面PCX-BZT两类新型RTP分子。制备的磷光纳米颗粒展现出优异的生物相容性和低细胞毒性，被成功用于时间分辨生物成像（图1）。该策略为开发高性能无定形RTP材料及其在生物医学领域的应用提供了新思路。该论文的第一作者为哈尔滨工业大学2021级博士研究生杨国斌，通讯作者为哈尔滨工业大学威海校区的李惠静教授、吴彦超教授及四川大学郭俊凌教授。四川大学轻工科学与工程学院何云翔副研究员也为该研究提供了宝贵的建议。
图1. 植物多酚在无定形RTP材料中的分子设计及生物成像应用
该研究通过分子结构设计，分别构建了柔性CA-BZT与刚性平面PCX-BZT两类多酚衍生物。光物理表征表明，所有衍生物在环境条件下均以非晶态发射RTP。PC1-BZT的寿命为124.30 ms，而 CA-BZT的磷光量子产率最高，为5.71%。非晶态结构简化了加工工艺，并通过消除结晶性限制拓展了应用潜力，且通过结构修饰可实现RTP发光颜色调控（图2）。
图2. 粉末状(+)-CA-BZT、(+)-PC1-BZT和(+)-PC2-BZT在室温条件下（298 K）的光物理性质
理论计算和实验证实，RTP源于多酚和BZT链段之间的分子内电荷转移（ICT）。刚性分子表现出更强的自旋轨道耦合和更小的S1–T1能隙，从而促进高效的ISC。氢键断裂和溶剂极性研究进一步表明，分子间相互作用和微环境刚性显著调节RTP性能（图3）。
图3. 磷光机制的理论计算和实验研究
外消旋CA-BZT表现出比其对映体纯形式更长的RTP寿命，这归因于增强的氢键和堆积无序性。氘化导致RTP强度和寿命降低，表明同位素取代降低了零点能量，但破坏了分子间耦合和振动能量传递。这些发现强调了自旋和振动动力学在RTP调控中的作用（图4）。
图4. 手性和同位素效应在RTP调节中的作用
(+)-PC1-BZT纳米粒子表现出聚集诱导的RTP特性，在水溶液中的寿命为22.81 ms，并在生理介质中保持高稳定性。体外研究证实了其高效的细胞摄取、低光毒性和溶酶体靶向性。小鼠体内成像显示，照射后长达6 min内仍能保持强烈的余辉信号，且无明显毒性，证实了其在安全有效的时间分辨生物成像方面的潜力（图5和图6）。
图5. (+)-PC1-BZT NPs的制备、表征及其在HeLa细胞中的成像应用
图6. (+)-PC1-BZT NPs进行体外和体内RTP成像
总之，本研究开发出新型无定形磷光多酚分子，(+)-PC1-BZT磷光寿命达124.30 ms，(+)-CA-BZT量子产率达5.71%。其合成方法简单通用、低毒高效，且无需脱氧/低温条件。实验与理论证实高效磷光源于BZT-CA协同耦合，所制备PC1-BZT纳米颗粒成功用于癌细胞（体外）及小鼠（体内）高信噪比时间分辨生物成像，为高效非金属磷光材料设计及生物医学应用奠定基础。
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Molecular Engineering of Plant Polyphenols into Amorphous Room-Temperature Phosphorescent Materials
Guobin Yang, Yajing Zhang, Chuang Lei, Yunxiang He, Yizhen Wang, Huijing Li*, Yanchao Wu*, Junling Guo*
Angew. Chem. Int. Ed., 2025, DOI: 10.1002/anie.202511218
导师介绍
郭俊凌教授：
https://qfsp.scu.edu.cn/content.jsp?urltype=news.NewsContentUrl&wbtreeid=1034&wbnewsid=8131。
吴彦超教授：
https://homepage.hit.edu.cn/wuyanchao
https://www.x-mol.com/university/faculty/305066
李惠静教授：
https://homepage.hit.edu.cn/lihuijing
https://www.x-mol.com/university/faculty/305049
