2020年2月15日，南開大學(xué)官方公布：南開大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院丁丹教授團(tuán)隊(duì)牽頭，聯(lián)合南方醫(yī)科大學(xué)南方醫(yī)院鄭磊教授團(tuán)隊(duì)、華南理工大學(xué)唐本忠院士團(tuán)隊(duì)、深圳金準(zhǔn)生物醫(yī)學(xué)工程有限公司開展聯(lián)合攻關(guān)，成功研制出新冠病毒IgM/IgG抗體快速測試卡。
此次成功研制的檢測卡具備測試快速（15分鐘）、簡便、容易判讀等優(yōu)勢的同時(shí)，引入AIE DOTS/量子點(diǎn)高性能發(fā)光材料作為信號(hào)單元，大大提高了抗體檢測的靈敏度。
據(jù)介紹，初步的臨床試驗(yàn)結(jié)果顯示，該檢測卡在40例確診新冠患者血液中成功檢出抗體陽性30例（75%），其中IgM陽性16例（40%），IgG陽性28例（70%），在健康對(duì)照及非新冠疾病中均未檢出。
另據(jù)合作單位深圳市金準(zhǔn)生物醫(yī)學(xué)工程有限公司介紹，檢測試劑盒已經(jīng)通過多家醫(yī)院檢驗(yàn)，真正用到一線還需要做臨床實(shí)驗(yàn)，審評(píng)和審批，在當(dāng)下最快一個(gè)月內(nèi)通過綠色通道拿到證。
圖丨南開大學(xué)聯(lián)合國內(nèi)多家單位研發(fā)的新型冠狀病毒診斷測試卡
那么，這個(gè)神奇的AIE納米材料是啥？
一般來說，熒光材料只有在溶液中才能比較好地發(fā)光，一旦聚集或成為固態(tài)，熒光就會(huì)消失。這種現(xiàn)象稱為“聚集導(dǎo)致熒光猝滅”（Aggregation-Caused Quenching，ACQ），給熒光材料的應(yīng)用帶來了困擾。2001年，我國科學(xué)家唐本忠院士團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)了一種新的材料，具有與ACQ相反的性質(zhì)，即在聚集狀態(tài)下發(fā)出的熒光反而更強(qiáng)，稱為“聚集誘導(dǎo)發(fā)光”(Aggregation-Induced Emission，AIE)
圖丨AIE納米材料的廣泛應(yīng)用
AIE概念最早由唐本忠院士提出，是我國在化學(xué)和材料前沿領(lǐng)域取得的重大原創(chuàng)性成果。2016年，AIE納米粒子被Nature雜志列為支撐“納米光革命”的四大納米材料之一，是目前難得一見的由中國科學(xué)家原創(chuàng)的新材料。2017年，唐本忠院士以第一完成人身份憑“聚集誘導(dǎo)發(fā)光”項(xiàng)目獲得國家自然科學(xué)一等獎(jiǎng)。
目前，60多個(gè)國家（地區(qū)）的一千多個(gè)單位在從事AIE研究，發(fā)表論文數(shù)和引文數(shù)均呈指數(shù)增長。AIE已被納入國內(nèi)外本科生實(shí)驗(yàn)教學(xué)，AIE材料已向產(chǎn)業(yè)界進(jìn)行了技術(shù)轉(zhuǎn)讓。2013年湯森路透將AIE列為化學(xué)和材料研究前沿的第三位，2015年則前進(jìn)到第二位。
下面，我們簡單介紹一下唐本忠院士團(tuán)隊(duì)2019年部分相關(guān)研究工作進(jìn)展。
Part ⅠAIE機(jī)理研究的最新進(jìn)展Part ⅡAIE材料在生物醫(yī)學(xué)成像和治療領(lǐng)域的研究進(jìn)展Part Ⅲ 利用固態(tài)下分子運(yùn)動(dòng)構(gòu)建高效光熱材料Part Ⅳ 有機(jī)室溫磷光材料的最新進(jìn)展Part ⅠAIE機(jī)理研究的最新進(jìn)展1. 芳香性翻轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)分子內(nèi)振動(dòng)用于構(gòu)建振動(dòng)受限型聚集誘導(dǎo)發(fā)光體系/Nature communicationsAIE分子設(shè)計(jì)目前主要是通過在π體系中引入可旋轉(zhuǎn)基元而實(shí)現(xiàn)，而如何通過調(diào)控分子內(nèi)的振動(dòng)來實(shí)現(xiàn)AIE現(xiàn)象已經(jīng)成為AIE研究領(lǐng)域的一個(gè)挑戰(zhàn)。有鑒于此，香港科技大學(xué)唐本忠院士團(tuán)隊(duì)在前期激發(fā)態(tài)分子運(yùn)動(dòng)調(diào)控的相關(guān)工作基礎(chǔ)之上，提出從芳香性的角度來研究分子的激發(fā)態(tài)運(yùn)動(dòng)行為，進(jìn)而提出通過芳香性翻轉(zhuǎn)來設(shè)計(jì)振動(dòng)受限類型聚集誘導(dǎo)發(fā)光體系的新策略。該工作的意義在于：從材料的角度，作者提出了一種普適性的策略用于設(shè)計(jì)振動(dòng)受限型AIE材料，有望推動(dòng)振動(dòng)受限型AIE材料體系的發(fā)展及其新應(yīng)用的探索；從機(jī)理上，作者打破了傳統(tǒng)AIE分子設(shè)計(jì)的思維局限，首次提出從芳香性的角度來思考AIE分子激發(fā)態(tài)運(yùn)動(dòng)行為，有助于從根源上理解AIE背后的發(fā)光機(jī)制。Zheng Zhao et al. Non-aromatic annulene-basedaggregation-induced emission system via aromaticity reversal process, Naturecommunications, 2019.https://doi.org/10.1038/s41467-019-10818-52. 暗態(tài)通道受限：解釋含雜原子AIE體系的新機(jī)理模型/Angew. Chem. Int. Ed.聚集誘導(dǎo)發(fā)光的機(jī)理研究不僅幫助人們理解這一獨(dú)特的光物理現(xiàn)象，而且還能有效的指導(dǎo)新材料的合成，因此具有重大的意義?！胺肿觾?nèi)運(yùn)動(dòng)受限（RIM）”是目前廣為接受的AIE體系的發(fā)光機(jī)理。有鑒于此，唐本忠院士團(tuán)隊(duì)對(duì)RIM機(jī)理進(jìn)行了完善，提出了 “暗態(tài)通道受限（RADS）”，從更深層次對(duì)RIM機(jī)制進(jìn)行了解讀。在本研究中以一個(gè)結(jié)構(gòu)簡單的具有AIE性質(zhì)的鋅離子探針（APA）作為模型分子，研究了它的多重激發(fā)態(tài)對(duì)其光物理性質(zhì)的影響。通過理論計(jì)算作者發(fā)現(xiàn)APA有著兩個(gè)躍遷性質(zhì)不同但能量非常接近的激發(fā)態(tài)，一個(gè)是有利于發(fā)光的（,*）被稱作亮態(tài)，一個(gè)是不利于發(fā)光的（n，*）被稱作暗態(tài)，在溶液狀態(tài)下，通過APA分子的絡(luò)合基團(tuán)的轉(zhuǎn)動(dòng)，這兩個(gè)激發(fā)態(tài)振動(dòng)耦合在一起。由于暗態(tài)的能量相對(duì)較低，當(dāng)分子受到激發(fā)后，會(huì)通過運(yùn)動(dòng)到達(dá)暗態(tài)的分子結(jié)構(gòu)，從而猝滅熒光。然而，當(dāng)APA結(jié)合了鋅離子或者在聚集狀態(tài)下，一方面，到達(dá)暗態(tài)結(jié)構(gòu)的分子運(yùn)動(dòng)受到限制，另一方面，鋅離子配位和二聚體的形成也會(huì)改變分子的激發(fā)態(tài)的形態(tài)和性質(zhì)。兩種因素達(dá)成共同的效果“RADS”，從而降低了暗態(tài)的猝滅作用。Yujie Tu et al. Restrictionof Access to the Dark State: A New Mechanistic Model for Heteroatom‐ContainingAIE Systems, Angew. Chem. Int. Ed., 2019.https://doi.org/10.1002/anie.2019075223. 揭示激發(fā)態(tài)的雙鍵轉(zhuǎn)動(dòng)在乙烯基聚集誘導(dǎo)發(fā)光分子中的重要作用/Materials Chemistry Frontiers聚集誘導(dǎo)發(fā)光的機(jī)理經(jīng)歷了從分子內(nèi)旋轉(zhuǎn)受限(RIR)到分子內(nèi)運(yùn)動(dòng)受限(RIM)的一步步發(fā)展。人們通過實(shí)驗(yàn)和理論計(jì)算證明了分子運(yùn)動(dòng)是導(dǎo)致單分子狀態(tài)下激發(fā)態(tài)能量非輻射耗散的主要原因。對(duì)于乙烯基聚集誘導(dǎo)發(fā)光分子來講，中間雙鍵的運(yùn)動(dòng)可能比周圍苯環(huán)的轉(zhuǎn)動(dòng)更加重要。這對(duì)于聚集誘導(dǎo)發(fā)光的機(jī)理研究來講是十分重要的，然而目前仍沒有一個(gè)明確的理論被提出。有鑒于此，唐本忠院士團(tuán)隊(duì)的研究人員設(shè)計(jì)合成了二(2,4,6-三甲基苯)乙烯和二(2,4,5-三甲基苯)乙烯兩個(gè)分子。之前的研究結(jié)果表明，平面的共軛分子比扭曲的分子更加剛性，更不容易發(fā)生分子內(nèi)運(yùn)動(dòng)。較大的分子內(nèi)空間位阻使得二(2,4,6-三甲基苯)乙烯中兩個(gè)苯環(huán)的二面角要大于二(2,4,5-三甲基苯)乙烯，晶體結(jié)構(gòu)和氣態(tài)優(yōu)化結(jié)構(gòu)證實(shí)了這一結(jié)果。熒光測試結(jié)果顯示二(2,4,6-三甲基苯)乙烯具有典型的聚集誘導(dǎo)發(fā)光性能，而二(2,4,5-三甲基苯)乙烯卻表現(xiàn)出聚集猝滅發(fā)光現(xiàn)象。計(jì)算結(jié)果表明，二(2,4,6-三甲基苯)乙烯在激發(fā)態(tài)經(jīng)歷了苯環(huán)和雙鍵轉(zhuǎn)動(dòng)，而二(2,4,5-三甲基苯)乙烯卻只有苯環(huán)的轉(zhuǎn)動(dòng)。換言之，激發(fā)態(tài)的雙鍵轉(zhuǎn)動(dòng)是導(dǎo)致乙烯基聚集誘導(dǎo)發(fā)光分子在單分子狀態(tài)下熒光淬滅的主要原因，而在聚集態(tài)時(shí)這種運(yùn)動(dòng)被有效抑制。Haoke Zhang et al. Drawing a clearmechanistic picture for the aggregation-induced emission process, MaterialsChemistry Frontiers, 2019.https://pubs.rsc.org/en/content/articlehtml/2019/qm/c9qm00156e4.簇發(fā)光的研究進(jìn)展和前景展望/Materials Today香港科技大學(xué)化學(xué)系唐本忠院士團(tuán)隊(duì)聯(lián)合英國杜倫大學(xué)的Paul R. McGonigal教授，香港城市大學(xué)的葉汝全和Andrey L.Rogach教授、上海交通大學(xué)的袁望章教授以及新加坡國立大學(xué)的謝建平教授在《Materials Today》發(fā)表了關(guān)于簇發(fā)光的研究進(jìn)展和前景展望。在綜述中，作者對(duì)于簇發(fā)光的現(xiàn)象以及機(jī)理做出了較全面的總結(jié)，概括出了存在于其中的六個(gè)特征：1）簇發(fā)光團(tuán)是基于非共軛結(jié)構(gòu)構(gòu)建的。通常是非共軛的鏈將基于n或π電子的基團(tuán)分割開來；2）在單分散狀態(tài)下，僅能得到歸屬為基于n或π電子基團(tuán)的短波發(fā)射峰。而在形成團(tuán)簇之后，會(huì)在長波位置產(chǎn)生屬于空間共軛的簇發(fā)光峰；3）簇發(fā)光團(tuán)在簇集狀態(tài)下的吸收譜圖一般只能表現(xiàn)出單個(gè)基團(tuán)的電子躍遷行為，而其激發(fā)譜圖相較于吸收譜圖會(huì)有較大紅移。并且，簇發(fā)光可由不存在于吸收譜圖中的長波長光進(jìn)行激發(fā)；4）簇發(fā)光一般表現(xiàn)出激發(fā)依賴的發(fā)光行為。即在一定范圍內(nèi)，隨著激發(fā)波長的增加，發(fā)射光也會(huì)逐漸紅移；5）簇發(fā)光一般表現(xiàn)出團(tuán)簇“尺寸”依賴的發(fā)光行為。這個(gè)“尺寸”可以是顆粒的直徑、樹枝狀聚合物的代數(shù)或聚合物的分子量。一般認(rèn)為“尺寸”越大，發(fā)光越紅，發(fā)光效率越高。最近，作者發(fā)現(xiàn)這其中還存在一個(gè)最優(yōu)“尺寸”效應(yīng)，超過這個(gè)“尺寸”有可能發(fā)光強(qiáng)度會(huì)降低。6）大部分的簇發(fā)光化合物都可發(fā)射出磷光，有些甚至是室溫磷光。Haoke Zhang, Zheng Zhao, Paul R. McGonigal, Ruquan Ye, Shunjie Liu,Jacky W. Y. Lam, Ryan T. K. Kwok, Wang Zhang Yuan, Jianping Xie, Andrey L.Rogach, Ben Zhong Tang, Clusterization-triggered emission: Uncommonluminescence from common materials, Materials Today, 2019.https://doi.org/10.1016/j.mattod.2019.08.010Part Ⅱ AIE材料在生物醫(yī)學(xué)成像和治療領(lǐng)域的研究進(jìn)展5. 含有Anion-π+相互作用的AIE光敏劑用于多靶向、時(shí)間分辨光動(dòng)力抗菌、抗癌治療/Angew. Chem. Int. Ed.香港科技大學(xué)唐本忠院士團(tuán)隊(duì)開發(fā)出了一種新型的AIE分子光敏劑，首次實(shí)現(xiàn)了具有時(shí)間依賴性、細(xì)菌細(xì)胞多靶向的光動(dòng)力治療。受Anion-π+作用構(gòu)建AIE體系的啟發(fā)（J. Am. Chem. Soc.2017,139, 16974-16979），作者合成了具有Anion-π+相互作用的AIE分子，4TPA-BQ。該分子集易于制備、一定的水溶性、高的ROS效率、好的生物相容性、良好的靶向選擇性、高的光毒性等突出特點(diǎn)于一身。通過調(diào)控光敏劑與靶標(biāo)之間的相互作用時(shí)間，成功實(shí)現(xiàn)了時(shí)間分辨、細(xì)菌細(xì)胞多靶向的光動(dòng)力治療。這種時(shí)間分辨選擇性抗菌、抗癌光敏劑的開發(fā)為從分子本身出發(fā)設(shè)計(jì)新型光敏劑打開了全新的視野，為光動(dòng)力治療和傳統(tǒng)療法相結(jié)合提供了契機(jī)。Qiyao Li et al. Time‐dependentPhotodynamic Therapy for Multiple Targets: A Highly Efficient AIE‐activePhotosensitizer for Selective Bacterial Elimination and Cancer Cell Ablation,Angewandte Chemie International Edition, 2019.https://doi.org/10.1002/anie.2019097066. 調(diào)控溫度構(gòu)筑結(jié)構(gòu)多樣化的雙光子AIE材料/JACS一般情況下，不同結(jié)構(gòu)功能化的熒光材料需要利用不同的反應(yīng)底物通過合適的反應(yīng)來構(gòu)筑?；诓煌磻?yīng)溫度的控制，唐本忠院士團(tuán)隊(duì)首次報(bào)道了一種無重金屬催化的、無危險(xiǎn)有毒物質(zhì)參與的、有效原子利用率的簡易合成方法構(gòu)筑了兩個(gè)結(jié)構(gòu)可調(diào)控的丙烯腈類AIE熒光材料，這兩個(gè)AIE熒光材料具有優(yōu)異的光物理性質(zhì)，比如大Stokes位移、紅光發(fā)射、高固體熒光量子產(chǎn)率（高達(dá)37.6%）、大的雙光子吸收截面（高達(dá)504 GM）等。作者通過納米沉淀法制備了水溶性的納米材料，證實(shí)了其在活細(xì)胞、深層組織和活體單/雙光子熒光成像中的潛在生物醫(yī)學(xué)應(yīng)用。重要的是，該工作提供了一種新的簡易合成策略來構(gòu)筑其他基于丙烯腈類多功能雙光子熒光材料。Guangle Niu etal. Functionalized Acrylonitriles with Aggregation-Induced Emission:Structure Tuning by Simple Reaction-Condition Variation, Efficient RedEmission, and Two-Photon Bioimaging, Journal of the American Chemical Society,2019.https://doi.org/10.1021/jacs.9b061967. 一鍋法合成含氮陽離子的多功能聚電解質(zhì)/JACS香港科技大學(xué)唐本忠院士團(tuán)隊(duì)與華南師范大學(xué)胡祥龍研究員合作，開發(fā)出一種新型聚電解質(zhì)合成路線，成功制備出一系列多功能含氮陽離子的聚電解質(zhì)。該聚合路線以簡單易得的二炔、烯丙胺和極廉價(jià)的酸或鹽為原料，在空氣氛圍中一鍋法高效制備聚電解質(zhì)，產(chǎn)率高達(dá)99%。與傳統(tǒng)的聚電解質(zhì)合成方法相比，該方法無需對(duì)聚合物進(jìn)行后修飾，也不需要昂貴且種類有限的離子型單體。該方法不僅提供了新的聚電解質(zhì)合成策略，還豐富了聚電解質(zhì)的種類。此外，所得的含氮陽離子聚電解質(zhì)在白光照射下具有很強(qiáng)的單線態(tài)氧產(chǎn)生能力,該系列聚電解質(zhì)可用于細(xì)菌成像和高效殺滅高致病性的耐甲氧西林金黃色葡萄球菌(MRSA)。Xiaolin Liu et al.InSitu Generation of Azonia-containingPolyelectrolytes for Luminescent Photopatterning and Superbug Killing, Journal of the AmericanChemical Society, 2019.https://doi.org/10.1021/jacs.9b047578. 原位監(jiān)測細(xì)胞凋亡過程的自報(bào)告AIE光敏劑/ JACS光動(dòng)力治療作為一種有前景的癌癥治療方法受到科學(xué)界廣泛應(yīng)用。然而，高活性光敏劑和強(qiáng)光照仍有導(dǎo)致治療過量的風(fēng)險(xiǎn)。有鑒于此，唐本忠教授課題組的研究人員選用不同數(shù)目的吡啶鹽為正電荷單元，通過電荷調(diào)控設(shè)計(jì)并合成了分別帶有二、三、四個(gè)電荷的AIE材料。因?yàn)榉肿泳哂休^長的共軛結(jié)構(gòu)以及推拉電子效應(yīng)，三個(gè)分子都具有較長波長的發(fā)射（610nm），并且具有極高的單線態(tài)氧產(chǎn)生能力和優(yōu)異的光動(dòng)力治療效果。在其生物應(yīng)用探究過程中，作者意外發(fā)現(xiàn)帶有四個(gè)電荷的分子TPE-4EP+在光動(dòng)力治療過程中，熒光信號(hào)會(huì)逐漸從線粒體向細(xì)胞核區(qū)域轉(zhuǎn)移，并伴隨著治療誘導(dǎo)的細(xì)胞凋亡過程。通過實(shí)時(shí)觀測熒光信號(hào)的轉(zhuǎn)移，該AIE光敏劑可用于構(gòu)建原位監(jiān)測光動(dòng)力治療過程的實(shí)時(shí)自報(bào)告系統(tǒng)。Tianfu Zhanget al. In Situ Monitoring Apoptosis Process by a Self-ReportingPhotosensitizer, Journal of the American Chemical Society, 2019.https://doi.org/10.1021/jacs.9b006369. 聚集誘導(dǎo)發(fā)光——高亮度近紅外二區(qū)熒光染料分子設(shè)計(jì)策略及小鼠腦炎深層次成像/AFM目前大多數(shù)近紅外二區(qū)（NIR-II，1000-1700 nm）熒光染料的熒光量子效率較低（QY < 8%），嚴(yán)重制約成像效果。針對(duì)該問題，香港科技大學(xué)唐本忠院士課題組與南開大學(xué)丁丹教授課題組合作，在理解AIE的分子設(shè)計(jì)理念的基礎(chǔ)之上，提出一種高亮度NIR-II熒光染料的分子設(shè)計(jì)策略：結(jié)構(gòu)扭曲+螺旋形轉(zhuǎn)子。所得到高亮度NIR-II熒光染料最大發(fā)射峰位于1030 nm，QY = 11%。為進(jìn)一步體現(xiàn)所得材料亮度高的優(yōu)勢，研究者探索了其深層次腦炎NIR-II熒光成像應(yīng)用。為穿越血腦屏障，研究者巧妙的選擇了一種免疫細(xì)胞-中心粒細(xì)胞（具有炎癥趨向性），作為活細(xì)胞載體。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，中性粒細(xì)胞能有效攜帶NIR-II熒光染料到達(dá)腦部炎癥部位，由于材料本身亮度高，再結(jié)合中性粒細(xì)胞的選擇性富集，腦炎NIR-II熒光成像的信噪比可高達(dá)30.6.，成為目前近紅外二區(qū)以靜脈注射方式活體成像檢測病灶部位的最高信噪比。Shunjie Liu et al. Constitutional Isomerization Enables BrightNIR‐II AIEgen for Brain‐Inflammation Imaging, Advanced Functional Materials,2019.https://doi.org/10.1002/adfm.20190812510. AIE納米晶體用于活體深層高分辨三次諧波成像/AM非線性光學(xué)成像由于其獨(dú)特的深度光學(xué)切片能力，高空間分辨率和對(duì)生物樣本的三維重建能力，已成為生物成像研究領(lǐng)域的熱點(diǎn)方向。有鑒于此，唐本忠院士和錢駿教授合作制備出一種具有聚集誘導(dǎo)非線性光學(xué)性質(zhì)（包括雙光子/三光子熒光和三次諧波）的AIE納米晶體。進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)，AIE納米晶體可用于活體小鼠腦部深層高分辨三次諧波成像，其成像效果遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于其雙光子和三光子熒光成像。該研究大大拓展了AIE材料在非線性光學(xué)成像領(lǐng)域的應(yīng)用潛力。Zheng Zheng et al. Aggregation‐InducedNonlinear Optical Effects of AIEgen Nanocrystals for Ultradeep In VivoBioimaging, Advanced Materials, 2019.https://doi.org/10.1002/adma.20190479911. 分子功能化設(shè)計(jì)調(diào)節(jié)細(xì)胞器特異性和光動(dòng)力治療效率/ACSNano香港科技大學(xué)的唐本忠院士和南方醫(yī)科大學(xué)的鄭磊教授（共同通訊作者）聯(lián)合報(bào)道了他們以三苯胺-氮雜芴酮為核心設(shè)計(jì)并合成了一系列PSs。同時(shí)，對(duì)它們的結(jié)構(gòu)性質(zhì)-應(yīng)用關(guān)系進(jìn)行了系統(tǒng)的研究，發(fā)現(xiàn)陽離子化分子是通過靶向線粒體來提高AIE PSs的PDT效率的有效策略。從分子單分散狀態(tài)到聚集狀態(tài)，由于分子內(nèi)運(yùn)動(dòng)的限制和系間穿越的增強(qiáng)，具有聚集誘導(dǎo)發(fā)光（AIE）的PSs同時(shí)增強(qiáng)了熒光強(qiáng)度和活性氧產(chǎn)生速率。此外，陽離子化的線粒體靶向PSs的PDT效率高于非離子化的脂滴靶向的PSs。通過將PDT與放射療法相結(jié)合，可以進(jìn)一步增強(qiáng)AIE PSs殺死癌細(xì)胞的能力?？傊撗芯拷Y(jié)果有利于指導(dǎo)人們?cè)O(shè)計(jì)合成具有更高PDT效率和性能的AIE PSs分子。Zhiyang Liu et al. Tuning OrganelleSpecificity and Photodynamic Therapy Efficiency by Molecular Function Design,ACS nano, 2019.https://doi.org/10.1021/acsnano.9b0443012. 分子內(nèi)運(yùn)動(dòng)促進(jìn)熒光-光聲-拉曼成像并用于精確手術(shù)導(dǎo)航/Chem目前常用的制備多模式成像試劑的方法是將不同的試劑結(jié)合在一個(gè)體系中，即將不同功能的多個(gè)組分結(jié)合（all-in-one），以發(fā)揮其各自的作用。該策略雖然有效，但是卻面臨組成復(fù)雜，重復(fù)性差等問題，因而限制了其臨床轉(zhuǎn)化。另一種策略是單一分子同時(shí)具有多種性能（one-for-all），這種探針的組分簡單，結(jié)構(gòu)明確，可重復(fù)性好，具有更好的臨床轉(zhuǎn)化前景。有鑒于此，香港科技大學(xué)唐本忠院士和南開大學(xué)丁丹教授合作，制備出了同時(shí)具有近紅外熒光、光聲和拉曼信號(hào)的one-for-all型有機(jī)分子探針，利用不同成像模式的優(yōu)點(diǎn)，將該探針應(yīng)用于手術(shù)前和手術(shù)中的不同階段，可以有效地提高腫瘤手術(shù)效果。該研究證明通過調(diào)節(jié)分子內(nèi)運(yùn)動(dòng)使熒光、光聲和拉曼幾種性質(zhì)同時(shí)達(dá)到最優(yōu)化，將微觀的分子內(nèi)運(yùn)動(dòng)與多種宏觀的生物應(yīng)用有機(jī)地結(jié)合起來，大大拓展了AIE概念在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用潛力。Ji Qi et al. Boosting fluorescence-photoacoustic-Ramanproperties in one fluorophore for precise cancer surgery, Chem, 2019.https://doi.org/10.1016/j.chempr.2019.07.01513. 氮氧化物助力AIE探針實(shí)現(xiàn)缺氧成像/AFM氮氧化物是一類具有N+?O?官能團(tuán)的化合物。由于該官能團(tuán)的兩性性質(zhì)，小分子氮氧化物通常具有良好的水溶性。與此同時(shí)，氮氧化物由于自身的氧化性，也可在低氧條件下通過細(xì)胞色素P450的還原作用代謝為胺類化合物。在氮氧化物超親水和低氧下可被生物還原兩種性質(zhì)的啟發(fā)下，香港科技大學(xué)的唐本忠院士課題組報(bào)道了一種基于氧化還原反應(yīng)的用于缺氧成像的AIE探針。由于氮氧基團(tuán)的兩性離子性質(zhì)，所設(shè)計(jì)的四苯基乙烯（TPE）氮氧化物具有良好的水溶性。這類分子展現(xiàn)出聚集誘導(dǎo)發(fā)光特性，由于分子轉(zhuǎn)子的劇烈運(yùn)動(dòng)，它們?cè)谒芤褐胁⒉话l(fā)光。分子的電中性和水合作用也進(jìn)一步避免了其在生物環(huán)境中與帶電性物質(zhì)（尤其是蛋白）發(fā)生靜電相互作用產(chǎn)生背景熒光信號(hào)。所合成的三種氮氧化物可以被亞鐵離子還原同時(shí)完成從親水到疏水的轉(zhuǎn)換，由此產(chǎn)生的疏水性聚集體限制了分子內(nèi)運(yùn)動(dòng)，從而開啟了它們的熒光。在缺氧條件下，細(xì)胞還原酶（CYP450）可以選擇性地切斷TPE-2E氮氧化物中的N-O鍵，從而實(shí)現(xiàn)點(diǎn)亮型的缺氧成像。Changhuo Xu etal. A New Strategy toward “Simple” Water-Soluble AIE Probes for HypoxiaDetection, AdvancedFunctional Materials, 2019.https://doi.org/10.1002/adfm.201903278Part Ⅲ 利用固態(tài)下分子運(yùn)動(dòng)構(gòu)建高效光熱材料14. 分子內(nèi)運(yùn)動(dòng)誘導(dǎo)的光熱轉(zhuǎn)化 (iMIPT)/Nature Communications香港科大唐本忠教授課題組與南開大學(xué)丁丹教授合作，成功實(shí)現(xiàn)了利用固態(tài)下分子運(yùn)動(dòng)促進(jìn)非輻射躍遷產(chǎn)熱來構(gòu)建高效光熱材料的設(shè)想，并將其用于近紅外光聲成像。該工作是對(duì)前期所提出的聚集誘導(dǎo)發(fā)光（AIE）概念的一次逆向思維，相對(duì)于AIE類型分子力圖抑制分子運(yùn)動(dòng)來打開輻射躍遷途徑而發(fā)出熒光，該工作則致力于最大程度的實(shí)現(xiàn)固態(tài)下的分子運(yùn)動(dòng)來增強(qiáng)非輻射躍遷將光能轉(zhuǎn)化為熱能。文章本質(zhì)是對(duì)聚集誘導(dǎo)發(fā)光機(jī)理的一次反向驗(yàn)證，但同時(shí)也為如何利用分子運(yùn)動(dòng)構(gòu)建先進(jìn)功能材料提供了一條新的思路?；趯?shí)驗(yàn)結(jié)果，他們提出了分子內(nèi)運(yùn)動(dòng)誘導(dǎo)光熱轉(zhuǎn)化(Intramolecular moiton-induced photothermy, iMIPT)這一新的概念。在本工作中，作者在以往分子設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上引入長烷基分叉型側(cè)鏈來克服固體狀態(tài)下分子運(yùn)動(dòng)的抑制。他們猜測長烷基分叉型側(cè)鏈可以有效的阻擋分子間強(qiáng)的相互作用，在空間上隔離出一些自由移動(dòng)空間，實(shí)現(xiàn)TPE單元的自由轉(zhuǎn)動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)聚集體以及固體狀態(tài)下活躍的分子運(yùn)動(dòng)以及高效的非輻射躍遷。Zhao Z et al. Highly efficient photothermalnanoagent achieved by harvesting energy via excited-state intramolecular motionwithin nanoparticles, Nature communications, 2019.https://doi.org/10.1038/s41467-019-08722-z15. 分子激發(fā)態(tài)調(diào)控增強(qiáng)光熱性能/JACS在腫瘤光熱治療領(lǐng)域，有機(jī)染料的常規(guī)設(shè)計(jì)原則是將強(qiáng)電子給體、強(qiáng)電子受體設(shè)計(jì)成平面共軛結(jié)構(gòu)。其原理為：染料分子在聚集態(tài)（即納米顆粒）時(shí)，分子間強(qiáng)相互作用限制分子運(yùn)動(dòng)從而增強(qiáng)非輻射躍遷，進(jìn)而提高光熱轉(zhuǎn)化效率。但是這一策略有可能阻止其他非輻射躍遷方式，故有機(jī)材料的光熱轉(zhuǎn)化效率通常較低。有鑒于此，唐本忠院士與南開大學(xué)丁丹教授合作，對(duì)前期分子內(nèi)運(yùn)動(dòng)增強(qiáng)光熱效應(yīng)的研究思想進(jìn)行進(jìn)一步拓展，通過分叉烷基鏈的空間隔離效應(yīng)來調(diào)控激發(fā)態(tài)分子內(nèi)扭曲電荷轉(zhuǎn)移（TICT）性質(zhì)從而增強(qiáng)非輻射躍遷，提高光熱轉(zhuǎn)化。其中，支化長烷基鏈的存在對(duì)TICT性質(zhì)的調(diào)節(jié)起到至關(guān)重要作用。在溶液態(tài)下，長烷基鏈有助于分子扭曲，其更有利于TICT態(tài)的形成。在聚集態(tài)下，烷基鏈的支化作用可以有效減弱分子間強(qiáng)相互作用，給分子內(nèi)旋轉(zhuǎn)提供了空間，因而有利于TICT態(tài)的形成，從而增強(qiáng)了非輻射躍遷和光熱轉(zhuǎn)化效率。Shunjie Liu etal. Molecular Motion in Aggregates: Manipulating TICT for Boosting PhotothermalTheranostics, Journal of the American Chemical Society, 2019.https://doi.org/10.1021/jacs.8b1388916. AIE材料在光聲誘導(dǎo)的光動(dòng)力-光熱癌癥治療方面的應(yīng)用/Angew. Chem. Int. Ed.該工作主要闡述了如何有效利用AIE材料的非輻射衰變途徑所消散的能量。通過簡便的合成途徑制備了一系列結(jié)構(gòu)扭曲、含有很多轉(zhuǎn)子、在深紅區(qū)有強(qiáng)吸收的AIE分子。分子動(dòng)態(tài)模擬顯示其中一個(gè)分子（命名為TFM）在固態(tài)以非晶態(tài)形式存在，并且分子的排列雜亂無章，這些特征極大地促進(jìn)了分子在聚集態(tài)的高效轉(zhuǎn)動(dòng)，大大提升了激發(fā)態(tài)能量通過非輻射衰變途徑消散的效率。實(shí)驗(yàn)表明，TFM納米顆粒具有較高的光熱轉(zhuǎn)化效率、良好的光聲效果以及高效的產(chǎn)生活性氧的能力。研究發(fā)現(xiàn)，TFM納米顆?？梢砸暂^高的特異性在小鼠的皮下腫瘤部位富集，并且在激光照射下，TFM納米顆粒能夠有效抑制小鼠腫瘤的生長，直至基本上完全消除腫瘤。此研究不僅為聚集誘導(dǎo)發(fā)光材料在生物領(lǐng)域的應(yīng)用提供了一個(gè)新的思路，也為新一代診療一體化材料的制備提供了一個(gè)優(yōu)良模板。Dong Wang et al. Boosting Non‐Radiative Decay to DoUseful Work: Development of a Multi‐Modality Theranostic System from an AIEgen,Angew. Chem. Int. Ed., 2019.https://doi.org/10.1002/ange.201900366Part Ⅳ 有機(jī)室溫磷光材料的最新進(jìn)展17. 舊瓶裝新酒之超分子作用力延長的冠醚室溫磷光壽命/Angew. Chem. Int. Ed.超分子大環(huán)主體在設(shè)計(jì)智能材料領(lǐng)域吸引了廣泛的關(guān)注。然而對(duì)于他們的發(fā)光性質(zhì)，特別是三線態(tài)的發(fā)光及其調(diào)節(jié)的研究還是十分少見的。有鑒于此，香港科技大學(xué)唐本忠院士團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)冠醚這個(gè)傳統(tǒng)大環(huán)在晶態(tài)下具有室溫磷光現(xiàn)象。它固有的氧原子既為磷光發(fā)射提供了可能，同時(shí)也可以提供多重的分子間或分子內(nèi)作用力從而限制分子運(yùn)動(dòng)，提高磷光壽命。他們研究了四種具有不同空腔大小的冠醚，通過控制甘醇鏈的長度，可以控制分子間或分子內(nèi)作用力的緊密程度從而來控制磷光壽命。DB30C10由于具有比其他三種冠醚都更為豐富的超分子作用力，更為緊密的分子堆積，從而展現(xiàn)了最長的壽命。四種冠醚在絡(luò)合鉀離子后壽命都有一定提高。利用這種“激活型”的磷光，研究人員非常方便地在固態(tài)下構(gòu)建了一種高級(jí)的多層次的信息加密系統(tǒng)，提高了存儲(chǔ)信息的安全程度。這項(xiàng)工作為傳統(tǒng)的冠狀醚打開了一個(gè)新的世界，同時(shí)其固有的客體響應(yīng)性可以通過精確設(shè)計(jì)來制備更多智能發(fā)光材料。Peifa Wei et al.New Wine in Old Bottle: ProlongingRoom‐Temperature Phosphorescence of Crown Ethers by Supramolecular Interactions,Angew. Chem. Int. Ed., 2019.https://doi.org/10.1002/anie.20191215518.基于純有機(jī)“簇激子”的光致和力致超長室溫磷光/Nature Communications要實(shí)現(xiàn)超長壽命有機(jī)室溫磷光，可從自然界的長余輝礦石中尋找靈感，這類無機(jī)余輝實(shí)現(xiàn)一般基于三步：（1）客體被激發(fā)，（2）主體缺陷作為客體被激發(fā)電子的陷阱，產(chǎn)生電荷分離態(tài)，（3）最后在熱能作用下客體電子緩慢重組實(shí)現(xiàn)長余輝。Adachi團(tuán)隊(duì)曾模仿這一無機(jī)體系中主客體電荷分離的機(jī)理實(shí)現(xiàn)了長達(dá)一小時(shí)以上的純有機(jī)室溫余輝，但純有機(jī)體系中通過電荷分離態(tài)實(shí)現(xiàn)長余輝可能不是普適策略，目前報(bào)道還只是個(gè)例。相對(duì)來說，基于分子磷光（即三線態(tài)發(fā)射）的機(jī)理可能更為普適和精準(zhǔn)。有鑒于此，香港科技大學(xué)唐本忠院士團(tuán)隊(duì)報(bào)道了一種簡易的主客體室溫磷光體系，該體系構(gòu)建自一系列商業(yè)化的純有機(jī)試劑，實(shí)現(xiàn)了同時(shí)高效率和超長壽命的室溫磷光，并且該體系的超長室溫磷光能通過機(jī)械力激發(fā)；更重要的是，該團(tuán)隊(duì)在純有機(jī)室溫磷光體系中首次引入了超快光譜的表征手段，闡述了主客體在激發(fā)態(tài)光物理中的協(xié)同作用，即主體與客體共同在激發(fā)態(tài)形成了“簇激子”這一過渡態(tài)。最后，作者展示了這一廉價(jià)、簡易的URTP體系在防偽、壓力/刮痕檢測等領(lǐng)域具有實(shí)際應(yīng)用潛能。Xuepeng Zhang etal. Ultralong UV/Mechano-Excited Room Temperature Phosphorescence from PurelyOrganic Cluster Excitons, Nature communications, 2019.https://doi.org/10.1038/s41467-019-13048-x19. 通過分子內(nèi)三線態(tài)-三線態(tài)能量轉(zhuǎn)移來實(shí)現(xiàn)高效且長壽命的純有機(jī)物室溫磷光材料/NatureCommunications長余輝是一種有趣的發(fā)光現(xiàn)象，在化學(xué)傳感、防偽、信息存儲(chǔ)、生物成像等領(lǐng)域有著特殊的應(yīng)用?；谇捌陉P(guān)于有機(jī)室溫磷光體系理論研究，唐本忠院士課題組提出一種全新的分子結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)策略，同時(shí)實(shí)現(xiàn)有機(jī)室溫磷光發(fā)射的高效率和長壽命。他們借用高效的分子內(nèi)三重態(tài)-三重態(tài)能量轉(zhuǎn)移（intramolecular triplet-tripletenergy transfer，TTET）過程，連接（溴）二苯并呋喃或（溴）二苯并噻吩與咔唑單元為分子整體，利用咔唑吸收激發(fā)光源生成最低單線態(tài)（S1），（溴）二苯并呋喃或（溴）二苯并噻吩可以促進(jìn)分子內(nèi)激發(fā)單線態(tài)與三線態(tài)的高效系間竄越，提供了三線態(tài)（Tn）橋梁，Tn雖然可以高效生成但是（發(fā)光）壽命短；分子內(nèi)幾乎定量的三線態(tài)-三線態(tài)能量轉(zhuǎn)移使分子激發(fā)態(tài)最終到達(dá)低能級(jí)的咔唑三線態(tài)（T1），由于具有純的3(π, π*)激發(fā)態(tài)特征而發(fā)射出長壽命的磷光。TTET成功分離高效系間竄越產(chǎn)生的Tn中心和用于長壽命發(fā)光的中心T1，分子結(jié)構(gòu)上允許有機(jī)室溫磷光發(fā)射的高效率和長壽命，從根本上解決了二者不可兼得的矛盾關(guān)系。Weijun Zhao et al. Boosting the efficiency of organic persistentroom-temperature phosphorescence by intramolecular triplet-triplet energytransfer, Nature communications, 2019.https://doi.org/10.1038/s41467-019-09561-8除此之外，唐本忠教授課題組2019年在三鍵聚合方法學(xué)，超分子自組裝和水凝膠，手性聚集誘導(dǎo)發(fā)光材料,基于活化炔的生物偶聯(lián)方法等領(lǐng)域取得了一系列重要成果，由于內(nèi)容較多，在此不一一列出。感興趣的讀者可前往唐本忠教授課題組網(wǎng)站學(xué)習(xí)，對(duì)AIE材料有需求的讀者亦可前往艾伊津生物科技有限公司的網(wǎng)站進(jìn)一步了解AIE材料的產(chǎn)品開發(fā)。唐本忠，香港科技大學(xué)化學(xué)系教授，1957年2月生，1982年于華南理工大學(xué)獲學(xué)士學(xué)位，1985年、1988年先后獲日本京都大學(xué)碩士、博士學(xué)位。曾在多倫多大學(xué)化學(xué)與藥學(xué)系從事博士后研究、日本NEOS公司中央研究所任高級(jí)研究員。2009年當(dāng)選中國科學(xué)院院士,2013年入選英國皇家化學(xué)會(huì)Fellow，2015年擔(dān)任國家人體組織功能重建工程技術(shù)研究中心香港分中心主任，2017年起受聘為華南理工大學(xué)-香港科技大學(xué)聯(lián)合研究院院長。已發(fā)表學(xué)術(shù)論文1600多篇，總引約90000次，h影響因子為140,在學(xué)術(shù)會(huì)議上作了400多場邀請(qǐng)報(bào)告，擁有50多項(xiàng)專利。現(xiàn)任ACS新聞周刊Noteworthy Chemistry專欄科學(xué)新聞撰稿人，Materials Chemistry Frontier (RSC)總主編，英國皇家化學(xué)學(xué)會(huì)（RSC）高分子化學(xué)叢書主編，Polymer Chemistry（RSC）和Progress in Chemistry雜志副主編，以及20多家國際科學(xué)雜志顧問、編委或客座編輯等。
香港科技大學(xué)課題組：https://tangbz.ust.hk/tbz.html華南理工大學(xué)課題組：http://www.aiepolymer.com/深圳大學(xué)AIE研究中心:https://www.x-mol.com/groups/tang_bz_szu艾伊津生物科技有限公司(AIEgen BiotechCo., Limited):http://www.aiegen.com.hk/
參考來源：
http://news.nankai.edu.cn/ywsd/system/2020/02/15/030037569.shtml
