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一個月狂發5篇頂刊 | 唐本忠課題組近期AIE生物醫學應用部分成果

小奇 2020-05-05

1. AM：簡易合成具有AIE特征的高效發光體，用于腦非侵入性生物成像

大腦在其自然環境中的可視化對于理解常見的腦部疾病是很重要的。在此，香港科技大學唐本忠、浙江大學錢駿、中山大學梁國棟等人通過簡單的反應路線合成了具有顯著聚集誘導發射(AIE)特性和高達42.6%的固態量子產率的亮發光體。

本文要點：

1）合成的BTF分子具有超亮的遠紅/近紅外發射，可以通過簡單的納米沉淀法將其制備成AIE點。

2）AIE點具有亮度高、Stokes位移大、生物相容性好、光穩定性好、三光子吸收截面大等優點，可以作為一種有效的熒光納米探針，通過三光子熒光顯微成像技術對完整的顱骨進行活體腦血管成像。

3）這是第一個使用AIE點用于小鼠完整顱骨腦卒中過程的可視化研究的例子，其穿透深度高，圖像對比度好。這些良好的結果有望為開發具有強非線性光學效應的高效發射器提供一個新的場所，用于活體腦的非侵入性生物成像。

Wei Qin, et al. Facile Synthesis of Efficient Luminogens with AIE Features for Three‐Photon Fluorescence Imaging of the Brain through the Intact Skull, Adv. Mater., 2020.

DOI: 10.1002/adma.202000364

https://doi.org/10.1002/adma.202000364

2. Chem. Sci：具有AIE性能的pH響應型金(I)-二硫化物納米粒子用于監測胃酸

具有聚集誘導發光(AIE)性能的金(I)配合物有著良好的生物相容性和高效的發光性能，是一種可用于監測生物體生理環境的優良探針。然而，其水穩定性差和對生物刺激缺乏響應等障礙也極大地限制了它們在生物系統中的實際應用。北京科技大學蘇磊教授、深圳大學王東副教授和張學記教授、香港科技大學唐本忠院士設計了一種具有AIE性能的pH響應型金(I)-二硫化物納米粒子(NPs)，并將其用于對胃酸進行監測。

本文要點：

（1）實驗通過將對pH響應的半胱氨酸(Cys)整合到Au(I)-硫醇(SR)配合物中制備了該NPs，并利用二硫鍵進一步構建了Au(I)-SR-Cys結構。由于親水的Cys位于NPs的外層，因此該球形NPs在水中也具有較高的穩定性和單分散性。

（2）此外，Cys的存在也使得NPs具有對 pH響應的特性。得益于這些獨特的優點，該探針也有望成為一種能夠監測胃酸的發光探針，這也是首次有研究利用具有發光性能的金(I)納米材料對生理變化進行監測。

Jianxing Wang. et al. pH-Responsive Au(I)-disulfide nanoparticles with tunable aggregation-induced emission for monitoring intragastric acidity. Chemical Science. 2020

DOI: 10.1039/d0sc01843k

https://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2020/sc/d0sc01843k#!divAbstract

3. Chem. Sci：“一石三鳥”的AIE發光材料用于快速分別三種病原體

能夠在視覺上識別病原體對于實現臨床快速診斷來說具有重要意義。香港科技大學唐本忠院士開發了一種對微環境敏感的聚集誘導發光體材料 (AIEgen) IQ Cm，并將其用于對對革蘭氏陰性菌、革蘭氏陽性菌和真菌的快速識別。

本文要點：

（1）IQ Cm具有扭曲的供體-受體和多轉子結構，因此它也有著扭曲的分子內電荷轉移(TICT)和對病原體微環境敏感的AIE特性。在病原菌內在結構差異的驅動下，IQ Cm會選擇性地定位于三種病原菌的不同位點，并產生三種肉眼可識別的發射光顏色。其中，革蘭氏陰性菌為淡粉色，革蘭氏陽性菌為橙紅色，而真菌為明黃色。因此，實驗可以根據IQ Cm產生的熒光進而在熒光顯微鏡下直接區分這三種病原體。

（2）此外，實驗也證明了IQ Cm可作為快速診斷尿路感染、及時監測醫院內感染過程和快速檢測食品中的霉菌的可視化探針。綜上所述，這種基于單一AIEgen的可視化成像策略也為快速檢測病原體和床旁診斷提供了一個新型平臺。

Chengcheng Zhou. et al. One stone, three birds: one AIEgen with three colors for fast differentiation of three pathogens. Chemical Science. 2020

DOI: 10.1039/d0sc00256a

https://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2020/sc/d0sc00256a#!divAbstract

4. Biomaterials：最佳熒光亮度AIEgen用于熒光成像癌癥手術

NIR熒光成像指導的癌癥手術已用于臨床，開發高亮度和穩定的NIR熒光團對于實現有效的生物成像和圖像指導的手術至關重要，同時具有高吸收系數和光致發光量子產率（PLQY）的有機近紅外（NIR）發射器是生物醫學成像的理想之選，但由于這兩個方面通常是矛盾的，因此鮮有報道。共軛的平面結構具有很強的吸收能力，但在聚集狀態下發射被嚴重淬滅，而扭曲的非平面結構則表現出相反的現象。

為此，香港科技大學唐本忠教授和南開大學丁丹研究員團隊近日報道了一種蜻蜓形的近紅外聚集誘導發光分子（AIEgen），具有最佳熒光亮度（高吸收系數和PLQY），可用于精確的熒光成像指導的癌癥手術。

本文要點

1）這種新型AIEgen（PTZ-BT-TPA）與廣泛研究的基于四苯乙烯的AIEgen不同，它具有帶有振動替代物的共軛結構，其中良好的共軛有利于強吸收，而分子振動則可以產生AIE信號。而且，諸如非輻射衰變、磷光和ROS產生過程的非熒光途徑被有效地阻斷，因此熒光過程得到大大促進。實驗結果表明，這種AIEgen表現出6.24×10⁴ M^-1 cm^-1的高吸收系數和51.2％的優越的光量子產率。其熒光亮度達到有機NIR發射器的最高水平，甚至比臨床使用的ICG和MB還要好。

2）高亮度和穩定的AIE納米顆粒保證了高效的體外細胞成像和體內腫瘤成像。由于亮度高，可以用非常低的激發功率進行AIE 納米顆粒的體外細胞成像。此外，該AIE納米顆粒通過精確描繪約0.5毫米的微小腫瘤結節，有助于在體內照亮腫瘤部位并大大改善癌癥手術的結果。

總之，該項研究工作開發的新型AIEgen，促進了對具有最佳熒光亮度的NIR熒光團的研究，在生物醫學的應用中具有巨大潛力。

Ji Qi et al. Dragonfly-shaped near-infrared AIEgen with optimal fluorescence brightness for precise image-guided cancer surgery. Biomaterials. 2020.

https://doi.org/10.1016/j.biomaterials.2020.120036

5. Small Methods：殺死革蘭氏陽性菌或革蘭氏陰性菌？分子內電荷在AIE活性光敏劑中的重要作用

細菌感染對人類健康構成嚴重威脅。光動力療法是解決耐藥細菌問題的有效手段。但是要有能同時產生高效熒光和活性氧的光敏劑（PSs）并非易事。傳統的PSS在水介質中由于聚集猝滅效應而表現出折衷的性能，而具有聚集誘導發射(AIE)的發光體可以固有地實現高熒光和高效的ROS產生。另外，靜電相互作用通常被認為是引起細菌初始靶向的原因。但對于AIE PSs，很少考慮分子內電荷對抗菌效果的影響。

有鑒于此，深圳大學李瑩，香港科技大學，深圳大學唐本忠院士，Ryan T. K. Kwok等人設計了兩種帶不同正電荷數、發光核相同的AIE型紅色發光PSs，研究了它們對革蘭氏陽性菌(G(+))和革蘭氏陰性菌(G(?))的抗菌性能和殺菌機理。

文章要點：

1）研制了兩種具有優良單線態氧產生性能的AIE紅光PSs。由于正電荷數在結構上略有不同，兩種AIE PSs在細菌光滅活中表現出不同的行為。陽離子AIEPSs均能在黑暗中染色和滅殺G(+)菌(表皮葡萄球菌和金黃色葡萄球菌)，且在超低白光劑量(4.2mW/cm^-2)作用10min后，其抗菌效果進一步增強。相反，由于細菌外膜的保護，它們對G(?)菌(大腸桿菌和大腸桿菌TOP10(耐藥菌))無暗毒性。在超低白光劑量下(4.2mW/cm^-2)作用30min后，TBP-2對G(?)菌(大腸桿菌和大腸桿菌TOP10(耐藥菌))表現出有效的光毒作用，而TBP-1對G(?)菌沒有影響。由于G(?)細菌的分子正電荷數不同，導致它們與細胞壁上的陰離子型脂多糖結合親和力明顯不同所致。帶有兩個正電荷的TBP-2可以與脂多糖發生更強的相互作用，取代穩定脂多糖結構的二價陽離子，導致通透性屏障形成“裂縫”，從而部分進入周質間隙，產生活性氧，破壞G(?)細菌的生物分子。