科学家发明新型荧光材料

印第安纳大学（Indiana University）和哥本哈根大学（University of Copenhagen）的研究人员们合作发明了一种新型材料，叫做小分子离子隔离晶格（small-molecule ionic isolation lattices, SMILES）。他们声称，这种材料是现有最亮的荧光材料。

研究人员将有色染料与无色的cyanostar溶液混合（cyanostar是一种星形大环分子，防止荧光分子在混合物凝固时相互作用，以保持其光学性质完整）。待混合物凝固后，形成小分子离子隔离晶格，之后研究人员将其生长成晶体，沉淀成干粉末，最后旋转成薄膜或者直接加入聚合物中。

图1 使用小分子离子隔离晶格3D打印而成的螺旋二十四面体，正在黑暗中发光。Amar Flood供图。

这种材料解决了一项难题：淬灭。尽管世界上有10万余种不同荧光染料，但很少有染料可以以一种可控的方式相混合、匹配，制成光学材料。由于染料分子聚成一团时的行为，染料在进入固态时通常都会产生淬灭，致使荧光强度降低，亮度减弱。

“当染料分子在固体中紧密排列时，就会产生淬灭及染料间耦合的问题。” Amar Flood说。他是印第安纳大学的一名化学家，同时也是本篇研究文章的共同作者（另一位是哥本哈根大学的Bo Laursen）。“染料分子不得不彼此接触，就像小朋友们在故事时间排排坐听故事一样，它们彼此相互作用，不再有独立的行为。”

由于cyanostar大环形成了晶格状的棋盘格，研究人员可以直接把染料插入晶格，无需进一步调整，结构就会呈现染料的颜色和外观。

此前的实验研究了使用这些大环来对染料分子进行空间排列，使用的是有色大环。然而Flood和其他同事发现，无色的大环更能产生他们想要的结果。

“有些人认为无色大环没有用处，然而实际上，无色大环可以使隔离晶格充分展现出染料的明亮荧光，而不会受到大环本身颜色的阻碍。”Flood说。

Flood还说，由于这种材料刚刚面世，其提供优良功能的内在特性以及其缺陷仍然不得而知。这种材料在任何需要高亮度荧光及需要设计光学性质的技术上都有应用前景（包括太阳能采集，生物成像和激光）。

下一步研究工作将放在研究荧光材料的特性上，使这种材料可以与染料标记物结合，从而实现不同领域的全方位应用。

这项研究结果发表在Chem上（https://www.doi.org/10.1016/j.chempr.2020.06.029）。