糖与非芳香氨基酸的协同增强发光

doi:10.7503/cjcu20250400

摘要/Abstract

摘要：

以甜奶粉相较于普通奶粉所表现出的显著发光增强现象为切入点, 结合组分解析与模型重组, 揭示了蔗糖与酪蛋白间的协同增强发光效应及其发射特征的变化规律. 通过进一步简化模型, 构建糖-非芳香氨基酸掺杂体系, 发现糖类（如蔗糖、糖苷）与非芳香氨基酸（如赖氨酸、丝氨酸）之间存在普遍的协同增强发光效应. 实验结果表明, 该协同效应可显著提高发光强度与量子产率（如, 糖苷-丝氨酸体系量子产率提升超过30倍）, 并延长部分体系的磷光寿命. 机理分析与理论计算揭示, 糖与非芳香氨基酸复合后, 分子间相互作用显著增强, 促进了电子的空间离域及分子构象刚性化, 协同提高了簇发射种的激发与发射效率, 从而显著提升发光性能, 为开发新型高效发光材料提供了理论基础与实践前景.

关键词: 糖, 非芳香氨基酸, 协同增强发光, 室温磷光

Abstract:

Inspired by the markedly stronger luminescence of sweet milk powder relative to regular pure milk powder， the synergistic luminescence enhancement effect and associated changes in photophysical properties were systematically investigated through compositional analysis and model reconstruction. Sugar-nonaromatic amino acid doped systems were subsequently constructed， demonstrating a universal synergistic luminescence enhancement effect between sugars（e.g.， sucrose， glucoside） and nonaromatic amino acids（e.g.， lysine， serine）. Experimental results demonstrate that this synergistic effect significantly amplifies luminescence intensity and efficiency（e.g.， the quantum yield of the glycoside-serine doped system increased by over 30-fold）， and also prolongs the phosphorescence lifetime in some cases. Mechanistic analyses combined with theoretical calculations reveal that mixing sugars with nonaromatic amino acids strengthens intermolecular interactions， promotes through-space electron delocalization， and rigidifies conformations. This cooperation enhances both excitation and radiative transition efficiencies of the emissive species， boosting overall luminescent performance. Collectively， these findings provide valuable mechanistic insight and design guidelines for the development of novel luminescent materials based on simple bio-derived components.

Key words: Sugar, Nonaromatic amino acid, Synergistic luminescence enhancement, Room temperature phosphorescence

中图分类号:

O621

TrendMD:

陈翔, 张强, 阴卓颉, 袁望章. 糖与非芳香氨基酸的协同增强发光. 高等学校化学学报, 2026, 47(4): 20250400.

CHEN Xiang, ZHANG Qiang, YIN Zhuojie, YUAN Wangzhang. Synergistic Luminescence Enhancement Between Sugars and Nonaromatic Amino Acids. Chem. J. Chinese Universities, 2026, 47(4): 20250400.

图/表 6

Fig.1 Luminescent photographs(A) and prompt emission spectra(B) of Cas, Suc and Cas⁃Suc mixture solids with or without 312 nm UV irradiation, normalized prompt emission spectra of Cas⁃Suc mixture solids with different λex(C), lifetime decay profiles of Cas, Suc and Cas⁃Suc mixture solids(D), Φ values of Cas, Suc and Cas⁃Suc mixture solids with 312 and 365 nm UV excitation(E)

Fig.2 Photographs of freeze⁃dried powders and tablets of Ser, Suc and their mixture under room light and varying UV lights or after ceasing of 312 nm UV irradiation(A), lifetimes(B) and Φ values(C) of Ser, Suc and their mixture solids with 312 or 365 nm UV excitation, normalized prompt emission spectra of Ser, Suc and their mixture tablets with 254(D), 312(E) and 365 nm(F) UV irradiations

Fig.3 Photographs of MGlu, Ser and their mixture solids at different ratios under varying UV irradiations(A), lifetimes of Ser and MGSer mixture(molar ratio： 1:1 and 1:5) solids under 312 nm UV excitation(B), Φ values of MGlu, Ser and their varying mixture solids with 365 nm UV excitation(C), UV⁃Vis absorption spectra of MGlu, Ser and MGSer solids(D)

Fig.4 Molecular electrostatic potential at the isodensity surface(A), NTO and properties of S0⁃S1(B) and noncovalent interactions plots(C) of Ser, MGlu and MGSer

Fig.5 Photographs and Φ values of varying solids under different UV excitations

Fig.6 Demonstration of information encryption(A) and anticounterfeiting(B) applications based on the glucoside⁃amino acid system, luminescent photographs of SA and lysine⁃doped SA films(C)

参考文献 26

[1]	Chen X.， Luo W.， Ma H.， Peng Q.， Yuan W. Z.， Zhang Y.， Sci. China Chem.， 2018， 61（3）， 351—359
[2]	Li Q.， Wang X.， Huang Q.， Li Z.， Tang B. Z.， Mao S.， Nat. Commun.， 2023， 14（1）， 409
[3]	Arnon Z.， Kreiser T.， Yakimov B.， Brown N.， Aizen， R.， Shaham⁃Niv S.， Makam P.， Qaisrani M.， Poli E.， Ruggiero A.， Slutsky I.， Hassanali A.， Shirshin E.， Levy D.， Gazit E.， iScience， 2021， 24（7）， 102695
[4]	Li X.， Liu X.， Lv Y.， Zhang Z.， Chen K.， Chu B.， Sun J. Z.， Zhang H.， Zhang X.， Tang B. Z.， Mater. Horiz.， 2025， 12（16）， 6195—6201
[5]	Liu Y.， Li C.， Qin Y.， Cheng Y.， Zhang J.， Zhao Y.， Wu T.， He C.， Xu C.， Wang Q.， Zhao Z.， Tang B. Z.， Transformative Chem.， 2025， 1（1）， e70003
[6]	Wang Y.， Zhao Z.， Yuan W. Z.， ChemPlusChem， 2020， 85（5）， 1065—1080
[7]	Zhang J.， Xiong Z.， Zhang H.， Tang B. Z.， Nat. Commun.， 2025， 16（1）， 3910
[8]	Zhang X.， Bai Y.， Deng J.， Zhuang P.， Wang H.， Aggregate， 2024， 5（3）， e517
[9]	Chen X.， Hu C.， Wang Y.， Li T.， Jiang J.， Huang J.， Wang S.， Dong W.， Qiao J.， Adv. Sci.， 2024， 11（1）， 2304946
[10]	He Y.， Feng W.， Qiao Y.， Tian Z.， Tang B. Z.， Yan H.， Angew. Chem. Int. Ed.， 2023， 62（48）， e202312571
[11]	Tang S.， Yang T.， Zhao Z.， Zhu T.， Zhang Q.， Hou W.， Yuan W. Z.， Chem. Soc. Rev.， 2021， 50（22）， 12616—12655
[12]	Wang Q.， Dou X.， Chen X.， Zhao Z.， Wang S.， Wang Y.， Sui K.， Tan Y.， Gong Y.， Zhang Y.， Yuan W. Z.， Angew. Chem. Int. Ed.， 2019， 58（36）， 12667—12673
[13]	Pinotsi D.， Grisanti L.， Mahou P.， Gebauer R.， Kaminski C. F.， Hassanali A.， Kaminski Schierle G. S.， J. Am. Chem. Soc.， 2016， 138（9）， 3046—3057
[14]	Apter B.， Lapshina N.， Barhom H.， Fainberg B.， Handelman A.， Accardo A.， Diaferia C.， Ginzburg P.， Morelli G.， Rosenman G.， Crystals， 2020， 10（8）， 668
[15]	Jong K. H.， Azar Y. T.， Grisanti L.， Stephens A. D.， Jones S. T. E.， Credgington D.， Kaminski G.， Hassanali A.， Phys. Chem. Chem. Phys.， 2019， 21（43）， 23931—23942
[16]	Zhao W.， Gao M.， Kong L.， Yu S.， Zhao C.， Chen C.， Biomacromolecules， 2024， 25（3）， 1897—1905
[17]	Zhang Z.， Zhu L.， Feng J.， Zhang H.， Zhang X.， Sun J. Z.， Tang B. Z.， Mater. Chem. Front.， 2023， 7（4）， 713—719
[18]	Cadeddu M.， Carboni D.， Stagi L.， Malfatti L.， Casula M. F.， Caboi F.， Innocenzi P.， Macromolecules， 2024， 57（2）， 514—527
[19]	Ma Y.， Zhang H.， Wang K.， Cao D.， Wang K.， Guan R.， Zhou C.， Spectrochim. Acta A， 2021， 254（5）， 119604
[20]	Zhang Q.， Zhao Z.， Yang G.， Li A.， Cui Y.， Cai Y.， Yin Z.， Tan Y.， Zhou C.， Peng Q.， Yuan W. Z.， Adv. Funct. Mater.， 2025， 35（27）， 2423603
[21]	Zeng L.， Zhu Z.， Mo R.， Li W.， Xu W.， Tian D.， Chem. Eng. J.， 2023， 460（15）， 141452
[22]	Lü B.， Gao Q.， Li P.， Chen M.， Shi M.， Chen G.， Hao X.， Peng F.， J. Mater. Chem. C， 2022， 10（41）， 15629—15637
[23]	Chen X.， Zhang Q.， Yin Z.， Duan J.， Yuan W. Z.， Aggregate， 2026， 7（1）， e70260
[24]	Geng L.， Wang K.， Sun R.， Li C. T.， Li X. R.， Zhang M.， Yu M. H.， Chang Z.， Bu X. H.， CCS Chemistry， 2025， 7（2）， 1416—1428
[25]	Chen Z.， Shi J.， Zhou Y.， Zhang P.， Liang G.， Chin. Chem. Lett.， 2025， 36（5）， 110629
[26]	Li F. S.， Jiang K.， Tong X. Y.， Wu Y. J.， Lin H. W.， Chem. J. Chinese Universities， 2025， 46（6）， 20240545
	李逢时，蒋凯，童鑫园，武永健，林恒伟. 高等学校化学学报， 2025， 46（6）， 20240545