表面活性剂作为当今应用最广的增溶剂之一，被广泛用于环境修复、清洁去污、原油开采、催化、分析检测、药物输送和乳化聚合等领域。被增溶物质在表面活性剂胶束中所处的增溶位置对实现以上各种增溶应用至关重要。目前，主要是基于建立“极性探针信号-胶束微环境极性区域”关系来测定被增溶物质在胶束中的增溶位置。由于极性探针响应性能的差异和胶束微环境极性的不确定性，会使该方法的测定结果出现矛盾。同时，对于极性相近的探针，目前的测定方法难以对其增溶位置进行精细的比较。
为解决这一测定难题，北京化工大学吕超教授研究团队结合聚集诱导发光(AIE)和荧光共振能量转移技术(FRET)，设计了一种不涉及探针极性和胶束微环境的全新高精度测定方法。相关成果以“Measurement of Solubilization Location in the Micelles Using Anchored Aggregation-Induced Emission Donors”为题，发表在《Angew. Chem. Int. Ed.》上（Angew. Chem. Int. Ed. 2020, https://doi.org/10.1002/anie.202005085）。
以AIE为核的胶束结构
首先将AIE发光团四苯乙烯(TPE)共价修饰到阳离子表面活性剂十烷基三乙基溴化铵(C10TEAB)的尾端，合成表面活性剂TPE-C10TEAB。透射电子显微镜、动态光散射和理论计算的结果表明，TPE-C10TEAB能够在水中形成直径约为5 nm的球型胶束，TPE发光团被锚定在胶束中心 (图1)。
图1. (a) TPE-C10TEAB胶束TEM图, (b) TPE-C10TEAB胶束DLS图, (c) TPE-C10TEAB胶束中分子排列不同于聚集荧光淬灭(ACQ)发光团，TPE在胶束核心聚集会增加其荧光量子产率，发出强烈的青色荧光。利用高效发光的聚集态TPE作为FRET供体、被增溶物质作为FRET受体，通过已知的FRET距离公式可以精准地计算出FRET供体-受体间纳米级的距离，从而在纳米尺度上测定出被增溶物质的增溶位置 (图2)。即使被增溶物质的性质相近，也可对其在胶束中的增溶位置进行精细的比较。整个测定过程不受探针极性和胶束微环境的干扰。此外，通过比较被增溶物质性质和增溶位置可知，被增溶物质在胶束内部的增溶位置取决于其尺寸大小；而位于胶束表面的尺寸较大的被增溶物质，其增溶位置则取决于其疏水性。图2. 通过FRET光谱尺准确测量胶束中被增溶受体的增溶位置通过调控被增溶物质的FRET行为，可以轻松构建多色和纯白色的发光溶液。利用琼脂糖凝胶促使胶束纳米粒子快速固定，能够保持胶束溶液态的发光特性，制备出多色和纯白色的发光凝胶 (图3)。图3. (a) 多色发光溶液和凝胶, (b) 白色发光溶液和凝胶, (c) 白色发光溶液CIE坐标, (d) 白色发光凝胶CIE坐标综上所述，基于该研究建立的“被增溶物质性质-增溶位置-胶束微环境”关系，不仅能够帮助更好地理解被增溶物质性质与增溶位置之间的关系，为增溶应用提供强有力的理论指导；也为进一步开发胶束潜在应用和设计简单高效的增溶剂提供了新的研究方向。本文第一作者是化学学院管伟江副教授，第二作者是硕士研究生杨婷婷（导师是管伟江副教授），通讯作者是吕超教授，北京化工大学为唯一完成单位。本研究工作得到了国家自然科学基金和中央高校基本科研业务费的资助。
