喹诺酮功能化甘氨酸二肽的TPA增强与电荷转移机制研究及其在生物成像中的应用

本文系统探讨了通过引入富电子基团和扩展π电子离域范围对非天然氨基酸双光子吸收（TPA）材料的结构优化策略，揭示了功能侧链对光学性质与TPA性能的调控机制。研究结合密度泛函理论（DFT）与态求和模型，证实扩展π共轭可显著提升TPA截面（σTPA），其中化合物DQA3的σTPA高达221,974.8 GM，斯托克斯位移达355.3 nm，为生物细胞成像提供了高性能材料设计新思路。

　　

Two-photon absorption（双光子吸收）

双光子吸收是一种三阶非线性光学（NLO）效应，其TPA截面（σ_TPA）是衡量材料TPA性能的关键指标。σ_TPA（单位：GM）的计算公式为：

σ_TPA = (4π2a??α)/(15c) · (ω2g(ω))/Γ_f · δ_TPA

其中a?、α、c和ω分别代表玻尔半径、精细结构常数、光速和入射激光能量。Γ_f为终态寿命展宽（默认0.1 eV），δ_TPA是材料的双光子吸收截面。

Ground state geometric structure and bond order（基态几何结构与键级）

π电子对分子内电荷转移（CT）过程具有重要影响。通过分析π电子离域程度，可揭示材料激发后的电荷转移方向。图3展示了所有分子在LOL-π=0.4时的等值面图，以及电子对多中心键级和Mayer键级的贡献（计算公式见支持信息）。更高的多中心键级意味着更强的π电子离域能力，这直接关联到分子的光学响应特性。

Conclusion（结论）

本研究明确了功能侧链基团的离域程度与非天然氨基酸分子的π电子特性、TPA截面、激发波长及电荷转移特征之间的构效关系。在四种分子中，DQA3表现出最小的能隙、显著的电荷转移激发特性、丰富的电子态分布以及最大的TPA截面，凸显了其在生物成像与光电材料领域的应用潜力。