獲獎級別：國家自然科學二等獎

完成單位：大連理工大學等

隨著化學工業的發展，染料在使纖維獲得鮮明而牢固的色彩之外，又有了新的用武之地。由大連理工大學精細化工國家重點實驗室主任彭孝軍教授主持的熒光染料識別與響應調控的理論與應用基礎研究項目，將染料的應用拓展到了信息、能源、環境、生物等全新領域。特別是該團隊對熒光染料進行的深入探索，讓困擾全球業界150多年的長波長菁染料大斯托克斯位移熒光雙發射和比例熒光響應難題有了破解之道，使國內外與這類染料母體結構相關的新型染料熒光探針快速涌現，目前發展起來的相關探針分子已達900余種。該項目也因此榮獲國家自然科學二等獎。

據大連理工大學呂東光老師介紹，熒光染料識別響應調控的研究成果的重要創新是在近紅外發光的同時，具有高的熒光量子產率和高的化學穩定性。目前該成果構建的近紅外、大斯托克斯位移和比例熒光發射的菁染料平臺，已成為國內外學者廣泛應用于染料熒光探針與該菁染料母體相關，為全球不斷拓寬染料應用領域打造了一個重要的平臺。

項目組從染料母體結構、識別基團、作用機理三個方面，揭示了通過染料激發態調控、實現熒光比例發射與響應的理論規律，在染料對客體的專一性識別和熒光響應這一現代分子工程、生命科學和環境科學共同關注的重大課題上取得了突破性成就。研究顯示出對專一性識別和比例熒光響應向實用化目標發展的重要指導價值，破解了長波長菁染料大斯托克斯位移熒光雙發射和比例熒光響應的難題，得到了斯托克斯位移長達155nm的氨基取代七甲川菁染料，形成了近紅外比例熒光體系構建的平臺。德國《化學新聞》評價該項目創制的平臺染料“具有其他近紅外染料所沒有的優越性”。它使國內外與這類染料母體結構相關的新型染料熒光探針快速涌現，目前發展起來的相關探針分子已達900余種。

大連理工大學在染料的設計、熒光的響應方面跟國際相關研究的不同之處在于：用新的方法調控染料激發態的電子轉移、電荷轉移、能量轉移，并巧妙地應用于熒光探針設計。熒光探針數據采集簡化度高、靈敏程度高、顯微成像分辨率高，能夠將識別基團與染料母體按照特定結構共軛連接，形成了多種比例熒光響應體系。

針對生命體內干擾因素多、熒光響應的強弱不能反應真實情況的問題，為使染料能夠在生命體內的響應具有專一性和可靠性，他們發明了新的方法產生比例熒光。比例熒光是從復雜體系中獲取客體定量信息的理想模式，染料探針就是通過熒光的產生和變化將生命過程可視化，他們用裸眼在紫外燈下可以清楚地看到患者的病毒、癌細胞、病原體等生命體系的生物、化學過程，并可望用于病灶組織的邊界界定。

之后，他們應用有毒離子的專一性比例熒光探針，用簡便、易得、便宜的方法，對復雜環境體系中有毒物質實施有效檢測，為環境保護發揮了特殊作用。例如，貴州地區煤資源中氟含量高，氟污染直接影響了當地居民的身體健康。針對此，他們專門研制了氟離子試紙，當地百姓可以方便、準確地檢測家庭飲用水質量，而且試紙成本一個月僅1元錢。目前，該技術已經為國內多個氟污染縣、5000多萬病源區人口進行了預警。此外，他們還應用比例熒光探針獲得國際第一張活細胞中鎘離子的比例熒光成像，破解了鎘、鋅離子區分的世界難題。

他們的研究應用領域還拓展到了核酸檢測領域，基于相關的菁類平臺染料，發明了對核酸熒光響應的染料，規模化應用于五分類血液細胞分析系統，打破了國外少數國家的技術壟斷。