类型a：学术研究报告

一、研究作者与发表信息
本研究由Renjie Wang、Lu Diao（共同一作）、Jie Zhang、Zhao Chen及Shouzhi Pu（通讯作者）合作完成，作者单位均为江西科技师范大学有机化学重点实验室（Jiangxi Key Laboratory of Organic Chemistry）。研究成果发表于期刊*Dyes and Pigments*第175卷（2020年），文章标题为《基于9,10-二噻吩蒽的聚集诱导发光化合物及其在细胞成像中的应用》（*Aggregation-induced emission compounds based on 9,10-dithienylanthracene and their applications in cell imaging*），在线发表于2019年12月10日。

二、学术背景与研究目标
该研究属于有机发光材料领域，聚焦于解决传统荧光分子在高浓度或固态下因聚集导致猝灭（ACQ, Aggregation-Caused Quenching）的难题。聚集诱导发光（AIE, Aggregation-Induced Emission）现象通过限制分子内旋转（RIR, Restriction of Intramolecular Rotation）实现固态高效发光，但此前基于9,10-二杂芳基蒽的AIE活性化合物鲜有报道。本研究旨在设计合成三种新型9,10-二噻吩蒽（DTA）衍生物，探究其AIE特性、力致变色（MFC, Mechanofluorochromic）行为及生物成像应用价值。

三、研究流程与方法
1. 分子设计与合成
- 目标分子：设计三种对称DTA衍生物——BMTPA（甲氧基修饰）、BPTA（苯基修饰）、BCPTA（氰基修饰），通过Suzuki偶联反应分两步合成。
- 合成步骤：
1. 以9,10-二溴蒽与3-溴-2-甲基-5-噻吩硼酸为原料，经Suzuki反应生成中间体3（产率63%）。
2. 中间体3与不同苯硼酸衍生物二次偶联，最终产物经硅胶柱层析纯化（BMTPA产率43%，BPTA 29%，BCPTA 35%）。
- 表征手段：核磁共振（NMR）、质谱（ESI-MS）、红外光谱（IR）确认结构；熔点测定验证纯度。

1. 光物理性质分析

   • 溶液与固态光谱：紫外-可见吸收光谱（UV-Vis）和荧光光谱（PL）测试显示，三种化合物在THF溶液中荧光微弱（量子产率0.011–0.055），固态下发射显著增强（蓝光区域478–495 nm），符合AIE特性。
     
   • 聚集态行为：通过动态光散射（DLS）、扫描电镜（SEM）和透射电镜（TEM）证实，水含量（fw）>80%时形成纳米聚集体（粒径115–248 nm），荧光强度提升4倍。

2. 晶体结构与力致变色研究

   • 单晶衍射：BMTPA（三斜晶系）和BPTA（单斜晶系）晶体显示高度扭曲的非平面构象，分子间存在C–H…π氢键（距离2.941–3.456 Å），限制分子内旋转。
     
   • 力致变色机制：研磨后BMTPA和BPTA发射峰红移22–30 nm（蓝→青），X射线衍射（XRD）和差示扫描量热法（DSC）表明晶态→非晶态相变是主因；而BCPTA因构象刚性无此现象。

3. 细胞成像应用

   • 染色实验：以HeLa细胞为模型，20 μM浓度下孵育30分钟，三种化合物均能穿透细胞膜，在胞质均匀分布（蓝色通道450–550 nm），且无显著毒性（MTT法验证）。
     
   • 成像效果：共聚焦显微镜显示荧光信号清晰，表明其作为低毒性生物染料的潜力。

四、主要研究结果
1. AIE活性验证：所有化合物在聚集态下荧光量子产率显著提升（BMTPA 0.040，BPTA 0.055），归因于纳米聚集体中RIR效应。
2. 构效关系：甲氧基修饰（BMTPA）增强分子间氢键，导致更显著的力致变色行为；氰基修饰（BCPTA）因平面性降低发光效率。
3. 晶体学证据：非平面构象和氢键网络是固态发光的结构基础，XRD与DSC数据支持研磨-熏蒸可逆的相变机制。
4. 生物兼容性：细胞实验证实低毒性和高效染色能力，拓展了AIEgens在活体成像中的应用场景。

五、研究结论与价值
本研究成功开发了一类基于DTA骨架的新型AIE材料，其创新性体现在：
1. 科学价值：首次报道9,10-二噻吩蒽衍生物的AIE与力致变色协同效应，丰富了蒽类发光体的设计策略。
2. 应用价值：化合物兼具机械刺激响应性和生物成像功能，为开发多功能光学传感器及生物探针提供新思路。

六、研究亮点
1. 分子设计创新：通过调控末端苯环取代基（甲氧基/氰基），系统研究取代基对堆积模式与发光性能的影响。
2. 多技术联用：结合XRD、DSC、荧光寿命分析，阐明力致变色的相变机制。
3. 跨学科应用：从材料合成到细胞成像的全链条验证，体现“化学-材料-生物”的交叉研究特色。

七、其他价值
补充数据（如晶体学编号CCDC 1953725-6）和实验细节（如Suzuki反应条件）为同行复现研究提供了完整支持。