高分子力化学是目前高分子研究中的一个重要领域。与传统光、热等刺激不同, 高分子力化学通过机械力来引发化学反应，从而产生特定的响应——包括颜色和荧光变化、化学发光、小分子和药物释放、催化剂生成、和反应路径的改变。在这类机械力响应高分子材料中，具有力致变色性能的力敏团在单分子力谱和原位力学传感方面独具优势。其中机械力响应的近红外荧光材料倍受关注。近红外光具有深度组织穿透力，低生物荧光背景和低光毒性等优点。近红外荧光开关在生物成像，医疗诊断，防伪和光学信息存储等领域发挥着重要的作用。因此，开发近红外力敏团可以极大地扩展力化学在生物力学，医学成像和工程材料等诸多领域的应用。然而，开发近红外力敏团面临着合成路线复杂，化学稳定性差和力转化效率低等诸多挑战。传统的力敏团设计策略并不能有效地应用于近红外力敏团的开发。

  近日，美国克拉克森大学（Clarkson University）化学与生物分子科学系吕晓村教授课题组和新加坡科技与设计大学（SUTD）刘晓刚教授课题组合作报道了首个近红外荧光力敏团（图1）。该力敏团能够在溶液、薄膜及固态材料中实现近红外吸收和荧光信号的力激活响应。基于这个力敏团，研究者开发出一种机械力响应的近红外变色高分子材料。

  研究者们巧妙地将具有刺激响应性能的1,3-苯并噁嗪（OX）分子开关和近红外花菁（Cy7）染料结合，给Cy7染料穿上了用OX开关分子做成的“斗篷”，从而隐藏其潜在的近红外染料特性。在机械力（超声，撞击或切割）作用下，OX开环异裂并产生了吲哚氮正电荷。正电荷离域到Cy7的共轭结构中，急剧降低了分子带隙，从而最终实现该近红外荧光力敏团在溶液态和固相态的多重机械力响应。

图1：近红外力敏团分子设计策略。

  研究者们将新开发的近红外力敏团嵌入高分子链中，构建出高分子材料。用刀片切割该材料制成的薄膜后，荧光显微镜可清晰地采集到损伤切口处的近红外荧光信号（图2a）。在机械力的刺激下，该材料也可以实现可逆变色（图2b）。在此过程中，光纤光谱仪可采集到近红外荧光在固态下的激活变化。

图2：薄膜和固态材料中的机械力激活近红外变色响应及荧光光谱。

    这类材料在损伤检测，生物成像和力化学传感领域具有广泛的应用前景。该机械力探针的构筑策略也为后续开发近红外二区机械力响应材料奠定了基础。

相关成果近期以“Force-Induced Near-Infrared Chromism of Mechanophore-Linked Polymers“为标题发表在国际化学顶级期刊JACS上，并被选为内封面论文（图3）。Clarkson University化学系与生物分子科学系博士后祁清凯为本文的第一作者；吕晓村教授和刘晓刚教授为本论文的共同通讯作者。

  参考文献：

  Qi, Q.; Sekhon, G.; Chandradat, R.; Ofodum, N. M.; Shen, T.; Scrimgeour, J.; Joy, M.; Wriedt, M.; Jayathirtha, M.; Darie, C. C.; Shipp, D. A.; Liu, X.; Lu, X. Force-Induced Near-Infrared Chromism of Mechanophore-Linked Polymers. J. Am. Chem. Soc. 2021, DOI: 10.1021/jacs.1c05923.

  https://doi.org/10.1021/jacs.1c05923