Mechanical Interlocking of 144 Symmetrical 19F and Tetraphenylethylene for Magnetic Resonance-Fluorescence Dual Imaging

化学 四苯乙烯 荧光 核磁共振 磁共振成像 联锁 共振荧光 光学 物理 放射科 医学 机械工程 工程类 聚集诱导发射
作者
Lan Yang,Fang Wang,Yu Li,Rui Zhou,Anfeng Li,Tingjuan Wu,Maosong Qiu,Lei Zhang,Minghui Yang,Xin Hua Zhou,Zhong‐Xing Jiang,Shizhen Chen
出处
期刊:Journal of the American Chemical Society [American Chemical Society]
卷期号:147 (8): 7137-7147 被引量:14
标识
DOI:10.1021/jacs.5c00429
摘要

Single-molecule dual 19 F magnetic resonance imaging ( 19 F MRI) and fluorescence imaging (FLI) agents are valuable tools in biomedical research. However, integrating millimolar-sensitivity 19 F MRI and micromolar-sensitivity FLI into a single molecule remains challenging. Here, we report the use of mechanically interlocked [5]rotaxanes to efficiently incorporate 144 symmetrical fluorines ( 19 F) for sensitive 19 F MRI and to control the motion of tetraphenylethylene (TPE) for responsive FLI at the molecular level, yielding a dual imaging agent with micromolar sensitivity. The sensitivity gap between 19 F MRI and FLI is bridged by generating an intense singlet 19 F peak from 144 symmetrical 19 F and modulating their motion through mechanical interlocking. Spectroscopic and imaging studies, in conjunction with molecular dynamics simulations, highlight the critical role of [5]rotaxane formation, wheel “stationing-shuttling”, and the introduction of fluorous bulky perfluoro- tert -butoxymethyl (PFBM) groups as effective strategies to improve 19 F MRI sensitivity and enable responsive FLI. This work not only advances the development of high-performance dual imaging agents but also provides valuable insights into the structure, dynamics, and potential applications of [5]rotaxanes in materials science.
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