稀土元素具有獨(dú)特的光、電、磁性質(zhì)，應(yīng)用于生物成像、傳感、催化、單分子磁體與上轉(zhuǎn)化發(fā)光材料等領(lǐng)域。配位導(dǎo)向自組裝是制備新型金屬有機(jī)多面體型超分子納米容器的途徑之一。與過渡金屬不同，鑭系離子配位數(shù)和構(gòu)型復(fù)雜多變且難以控制，為具有特定分子組成和幾何構(gòu)型的鑭系功能配合物的溶液可控自組裝帶來挑戰(zhàn)。目前報(bào)道的大部分鑭系金屬有機(jī)分子籠均由中性基團(tuán)與鑭系離子鰲合，在極性溶劑（DMSO和水溶液）中較不穩(wěn)定，限制其在生物領(lǐng)域的應(yīng)用。

中國科學(xué)院福建物質(zhì)結(jié)構(gòu)研究所結(jié)構(gòu)化學(xué)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室研究員孫慶福團(tuán)隊(duì)與暨南大學(xué)教授陳填烽團(tuán)隊(duì)、深圳大學(xué)教授李霄鵬團(tuán)隊(duì)合作，在水溶性高核鑭系分子籠的設(shè)計(jì)合成及其雙模態(tài)成像應(yīng)用研究中取得進(jìn)展。研究團(tuán)隊(duì)利用去質(zhì)子組裝策略及多組分協(xié)同增強(qiáng)效應(yīng)，解決多組分鑭系分子籠在水中穩(wěn)定性和溶解性差的問題。該研究設(shè)計(jì)合成不同彎曲角度的2, 6-吡啶雙四氮唑基配體，通過與鑭系金屬組裝，構(gòu)筑Ln_2nL_3n（Ln=稀土離子；L=有機(jī)配體；n = 2, 3, 4和5）水溶性鑭系分子籠。它們在極性溶劑條件下表現(xiàn)出較高的光致發(fā)光量子效率：Tb₈L^2a₁₂在水中的總量子產(chǎn)率為11.2%，Tb₈L^2a₁₂在DMSO中的總量子產(chǎn)率為76.8%。同時，由于較大的分子量和剛性骨架特征，釓分子籠具有較高的縱向弛豫速率r1=400.53 mM^-1S^-1，可作為潛在的磁共振成像造影劑（MRI CAs）用于小鼠活體成像。與商用Gd-DTPA（實(shí)測縱向弛豫速率r1=3.75 mM^-1S^-1）相比，多核Tb₈L^2a₁₂在腫瘤組織的成像效果好、保留時間長。此外，研究人員通過混金屬組裝策略構(gòu)筑Eu/Gd雙金屬摻雜分子籠，展示在細(xì)胞熒光標(biāo)記和MRI雙模式成像中的應(yīng)用前景。該研究為水溶性多核鑭系有機(jī)多面體的設(shè)計(jì)合成提供新思路，并為超分子材料在生物成像、載藥等領(lǐng)域的應(yīng)用提供新選擇。

相關(guān)研究成果發(fā)表在J. Am. Chem. Soc.上，福建物構(gòu)所博士研究生王卓、暨南大學(xué)副研究員賀利貞為論文共同第一作者，研究工作得到中科院戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專項(xiàng)、國家杰出青年科學(xué)基金等的支持。

論文鏈接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.0c07514

福建物構(gòu)所等在水溶性鑭系分子籠的設(shè)計(jì)合成及其雙模態(tài)成像應(yīng)用研究中取得進(jìn)展