稀土元素具有獨特的光、電、磁性質，應用于生物成像、傳感、催化、單分子磁體與上轉化發光材料等領域。配位導向自組裝是制備新型金屬有機多面體型超分子納米容器的途徑之一。與過渡金屬不同，鑭系離子配位數和構型復雜多變且難以控制，為具有特定分子組成和幾何構型的鑭系功能配合物的溶液可控自組裝帶來挑戰。目前報道的大部分鑭系金屬有機分子籠均由中性基團與鑭系離子鰲合，在極性溶劑（DMSO和水溶液）中較不穩定，限制其在生物領域的應用。
中國科學院福建物質結構研究所結構化學國家重點實驗室研究員孫慶福團隊與暨南大學教授陳填烽團隊、深圳大學教授李霄鵬團隊合作，在水溶性高核鑭系分子籠的設計合成及其雙模態成像應用研究中取得進展。研究團隊利用去質子組裝策略及多組分協同增強效應，解決多組分鑭系分子籠在水中穩定性和溶解性差的問題。該研究設計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，構筑Ln2nL3n（Ln=稀土離子；L=有機配體；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出較高的光致發光量子效率：Tb8L2a12在水中的總量子產率為11.2%，Tb8L2b12在DMSO中的總量子產率為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（實測縱向弛豫速率r1=3.75 mM-1S-1）相比，多核Gd8L2b12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筑Eu/Gd雙金屬摻雜分子籠，展示在細胞熒光標記和MRI雙模式成像中的應用前景。該研究為水溶性多核鑭系有機多面體的設計合成提供新思路，并為超分子材料在生物成像、載藥等領域的應用提供新選擇。
相關研究成果發表在J. Am. Chem. Soc.上，福建物構所博士研究生王卓、暨南大學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略性先導科技專項、國家杰出青年科學基金等的支持。
福建物構所等在水溶性鑭系分子籠的設計合成及其雙模態成像應用研究中取得進展