發(fā)布時間：2020-08-10 16:07

【摘要】：傳統(tǒng)有機發(fā)光材料在高濃度或聚集態(tài)下通常會發(fā)生熒光淬滅,因此在很多場合其應(yīng)用受到限制。幸運的是,聚集誘導(dǎo)發(fā)光(AIE)效應(yīng)為這個問題提供了一個革命性的解決方案。AIE材料因具有在溶液分散態(tài)發(fā)光效率低,聚集態(tài)發(fā)光效率高的獨特發(fā)光特性,而在基礎(chǔ)生命科學(xué)、醫(yī)學(xué)、化學(xué)等領(lǐng)域展現(xiàn)出很好的應(yīng)用前景。然而現(xiàn)在對新型AIE材料的研發(fā)主要還是基于繁瑣的試錯方法。因此建立在實驗之前就能預(yù)測出熒光材料AIE活性的模型非常有意義。目前常見的AIE分子有很多不同類型,其中的三苯胺(TPA)衍生物因同時具有AIE活性和TICT活性而在生物醫(yī)學(xué)成像及診療、化學(xué)傳感、有機發(fā)光二極管等領(lǐng)域的應(yīng)用被廣泛研究。然而還有很多TPA衍生物都不具有AIE活性,而且目前也沒有能夠準確預(yù)測TPA衍生物的AIE活性的有效方法。本文以TPA衍生物為例,通過量子力學(xué)與機器學(xué)習(xí)的結(jié)合,建立了一種能夠預(yù)測AIE活性的數(shù)學(xué)模型。考慮到量子力學(xué)能夠計算出分子的理化參數(shù),而機器學(xué)習(xí)具有從大樣本量多維度數(shù)據(jù)中擬合出變量之間數(shù)學(xué)關(guān)系的能力。于是我們從文獻中收集了61種TPA衍生物,并用DFT進行了結(jié)構(gòu)優(yōu)化,然后通過NBO分析計算了分子內(nèi)電荷分布。再用支持向量機(SVM)分類算法來擬合電荷分布與AIE活性之間的關(guān)系,從而建立出能夠預(yù)測TPA衍生物AIE活性的機器學(xué)習(xí)模型。經(jīng)過優(yōu)化,該SVM分類器的敏感性、特異性和準確率分別可以達到0.80、0.90和0.84,表明其對TPA衍生物的AIE活性具有很好的預(yù)測效果。本研究還類比偶極矩定義了一個能近似描述TPA核上電荷分布不對稱性的物理量,并通過ROC曲線找出最優(yōu)的閾值,從而建立出一個簡單的AIE活性判別方程,其對AIE活性的分類效果跟SVM分類器完全一樣。這些結(jié)果表明TPA核上足夠大的偶極矩是激活TPA衍生物AIE活性的關(guān)鍵因素,這與TICT機理的解釋一致。最后還通過所建立的機器學(xué)習(xí)模型預(yù)測出一個新型AIE分子,并用實驗對其AIE活性進行了驗證。這項工作為AIE的研究以及AIE材料的高通量篩選提供了新方法。
【學(xué)位授予單位】：華南理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：TQ422;R318.08;TP181
【圖文】：

圖 1-1 傒（左）與 HPS（右）各自在不同水分數(shù)的 THF/水混合溶劑中的溶液或懸浮液的熒光照片[11]Fig. 1-1 Fluorescence photographs of solutions or suspensions of (left) perylene and (right) HPS inTHF/water mixtures with different fractions of water[11]1.2 AIE 機理研究 AIE 現(xiàn)象的潛在規(guī)律對探索光物理學(xué)的基本知識非常重要。自從 2001 年 AIE概念的提出，科學(xué)家們已經(jīng)對導(dǎo)致 AIE 效應(yīng)的內(nèi)在原因表現(xiàn)出非常強烈的興趣。目前他們已經(jīng)對該現(xiàn)象提出了不同的機理和假想，包括 J-聚集體、E/Z 異構(gòu)化、TICT 等，然而并沒有一種理論能夠被所有數(shù)據(jù)支持或者適用于所有的已經(jīng)報道的 AIE 體系[10, 12]。以下簡要介紹已經(jīng)報道的幾種常見機理。

（左）與 HPS（右）各自在不同水分數(shù)的 THF/水混合溶劑中的溶液或懸浮液的[11]-1 Fluorescence photographs of solutions or suspensions of (left) perylene and (right)THF/water mixtures with different fractions of water[11]E 機理 AIE 現(xiàn)象的潛在規(guī)律對探索光物理學(xué)的基本知識非常重要。自從 20出，科學(xué)家們已經(jīng)對導(dǎo)致 AIE 效應(yīng)的內(nèi)在原因表現(xiàn)出非常強烈的興趣該現(xiàn)象提出了不同的機理和假想，包括 J-聚集體、E/Z 異構(gòu)化、TICT種理論能夠被所有數(shù)據(jù)支持或者適用于所有的已經(jīng)報道的 AIE 體系紹已經(jīng)報道的幾種常見機理。

華南理工大學(xué)碩士學(xué)位論文 的典型應(yīng)用料因其反常的發(fā)光特點，一方面可以利用從分散態(tài)到聚集態(tài)的轉(zhuǎn)變實學(xué)傳感等功能，另一方面可以根據(jù)在聚集態(tài)下的高效發(fā)光特性直接用光材料。此外，還可以利用 AIE 材料兼具的其它性能實現(xiàn)材料的多外發(fā)射的 AIE 材料用于腫瘤的靶向成像和光熱治療同時進行的診療了一些典型的 AIE 分子的結(jié)構(gòu)及其技術(shù)應(yīng)用[3, 12, 19, 22, 23]。

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