【直播】【Aggregate 线上研讨会南京站】郭子建院士携7位科学家期待与您相聚——聚集体科学前沿论坛

水凝胶是通过物理缠结或化学交联的含水高分子网络，因其良好的生物相容性以及环境响应性，在生物医学领域得到广泛应用。许多研究表明水凝胶的力学特性对其生物医学应用有着重要影响。水凝胶的力学性能是调控细胞迁移、增殖和分化的重要生理信号。水凝胶自身的力学强度和粘附力是其作为在伤口敷料、软组织粘附剂和组织工程材料等方面应用的前提。但如何设计与人体组织力学特性相似的水凝胶材料，提高水凝胶与组织的粘附能力，一直是生物材料设计方面的挑战，需要物理、化学等多学科的基础研究提供支撑。本课题组通过单分子力谱结合其它物理化学表征手段发现并定量表征了多种新型基元的力化学响应特性，揭示了力响应在生物分子构象变化和功能执行中的微观机制，提出自下而上模块化设计水凝胶力学特性的方案，发展了通过交联点和高分子网络结构优化水凝胶力学特性的一般性原则，获得了数种具有广泛生物医学应用前景的水凝胶材料。

发光分子从单分散状态到聚集体状态，其发光性能可能发生巨大变化。对发光分子聚集体的深入研究有助于理解并利用分子聚集体。本报告将介绍本课题组近年来在发光分子聚集体的开发及其生物成像与肿瘤诊疗方面的研究成果。利用光稳定性高的近红外荧光纳米聚集体，实现了对细胞内线粒体-溶酶体互作过程的超分辨动态跟踪；利用J-聚集策略设计稳定高效近红外二区发光聚集体，实现了活体小鼠生物成像及荧光导航小鼠肿瘤切除手术；开发了系列高特异性靶向高尔基体的AIEgen，在光照条件下引起高尔基体氧化应激用于高效抑制肿瘤细胞。

癌症（又称恶性肿瘤），发病机理复杂、治疗难度大，已成为威胁人类健康与生命的重大疾病之一，开发高效、低毒的肿瘤诊断与治疗方法仍然是肿瘤治疗领域亟待解决的关键问题。光治疗是一种光引发的具有低毒性、高选择性、低侵入性、可协同手术治疗的新型治疗方法，为实现光学成像引导的肿瘤高效靶向治疗，针对微环境的微酸、乏氧、血管异质等特性，本课题组设计开发了系列基于BODIPY的近红外有机光敏剂，通过分子结构修饰，调控分子HOMO-LUMO能级差以及单重态到三重态能级差，提高半导体光敏剂的近红外吸收、单线态氧产率、光热转换效率，探索有机半导体光敏剂或其纳米粒子的肿瘤靶向性、光学成像（荧光成像、光声成像、光热成像等）性能及光动力治疗为主的肿瘤多模式治疗性能，实现了具有单一或多重刺激响应的、光声/荧光成像介导的肿瘤靶向多模态治疗；此外，通过共价键接血管阻断剂，在光治疗杀死肿瘤细胞的同时有效破坏肿瘤内血管，切断肿瘤部位的营养物质的供给，降低肿瘤细胞通过血管转移和复发的机率，提高光敏剂肿瘤治疗效率。

液晶弹性体是一类典型的智能软物质材料，具有可逆双向形状记忆、形变量大等特性，在驱动器、软体机器人、智能器件等领域有广阔的应用前景；然而，液晶弹性体材料经过长达40余年的发展，目前仍停留在实验室研究层面，限制其应用的核心问题是：液晶弹性体材料的多方面性能（力学性能、形变速度、加工性能、经济性）离实际应用的需求尚有一定距离。本报告将汇报课题组在液晶弹性体研究领域取得的三个阶段性成果：1、通过液晶弹性体功能化网络同步交联构筑策略，实现了材料力学性能和形变速度的显著提升；2、构建多层次梯度取向结构的液晶弹性体驱动器，实现了其形变模式和运动方向的高效精准调控；3、基于多维度复杂形变模式，拓展了液晶弹性体材料及器件的应用。

铁电材料是一类重要的功能性材料，由于其中特殊的自发极化和独有的可控极化反转，铁电材料被广泛应用在压电、存储、能源等方面。虽然第一个被发现的铁电材料是分子材料（罗息盐），但经过了近百年的发展，无机铁电体已完全占领了应用的舞台。尽管如此，新时代、新背景下的材料研究对柔性、轻质化、环保等提出了更高的要求，而这些正是分子铁电材料的优势所在。

一直以来，对分子铁电材料的研究，尤其是寻找具有更加优异的铁电性和功能特性的分子基铁电体这一科学问题一直是研究者关注的焦点。尽管大量优秀的分子铁电体被不断地发现，在这其中，国内的研究者也起到了巨大的贡献。但由于分子铁电体对结构的严苛要求，以及预测分子堆积和相变过程的复杂性，分子铁电体研究一直缺乏行之有效的设计思路，因此具有很大的盲目性和随机性。本课题组在钙钛矿结构这一体系内，通过分子设计与合成，获得了一系列具有优异光电、压电性能的分子基铁电材料，并对理性设计与可控合成进行了初步探索。

近年来，作为有机光电子领域研究的核心内容，有机半导体材料及其光电应用成为国际研究的热点。常规有机半导体大都基于纯有机体系，难以有效利用三重态激发态。而有机金属配合物在金属原子的旋轨耦合作用下，可同时利用单重态和三重态激发态，具有优异的磷光发光性质，如高的发光效率、长的发光寿命及易调节的发光波长，尤其是其长的磷光发光寿命，非常适合应用于时间分辨光学成像。本课题组长期从事金属配合物激发态调控及其光电应用的研究，针对其“分子结构-电子组态-激发态性质-功能应用”之间的内在关系这一关键科学问题开展了系统研究。本次报告中，将详细介绍本课题组在响应型光功能金属配合物激发态调控与光电应用方面取得的研究进展，发现多种外界物理刺激可有效调控金属配合物激发态性质，实现其光电性质的显著调节。基于这一性质，实现了这类材料在信息器件中的应用。

具有确定组成和精确结构的金属团簇为在原子层次上深入理解催化作用机制提供了新的材料体系，对发展结构高度精确的催化剂具有重要的科学意义。围绕金属团簇精准构筑及催化研究，在创制高性能金属团簇催化剂、建立金属团簇催化剂明确的构效关系、以及精准调控催化反应过程等方面开展深入探索和系统研究，为新催化剂及新催化过程的发现提供新思路。