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  近年來，由細菌感染引起的疾病迅速增長，嚴重危及人類生命安全。抗生素濫用導致的抗生素耐藥菌株和超級細菌的出現導致了許多常規抗菌藥物的失敗。光動力治療（PDT）作為一種新興的治療方法幾乎不受到細菌耐藥性的影響，成為一種有潛力的抗菌治療方式，但仍然受到聚集態和低氧微環境中活性氧（ROS）生成受損的限制。最近，具有自由基型活性氧產生能力的I型聚集誘導發光（AIE）光敏劑同時克服了上述問題，成為乏氧PDT中高效光敏劑的強有力的候選。但非常遺憾的是目前很少有報道用于抗菌感染應用的I型光敏劑，并且也缺乏開發I型光敏劑的通用策略。

  近期，華南理工大學唐本忠院士團隊馮光雪教授、秦安軍教授合作開發了一種通用的陽離子化分子工程策略用于PDT治療細菌感染。該策略可以放大ROS，尤其是I型ROS的產生，同時引入了對病原體廣譜的結合能力，有望成為設計高效的I型光敏劑，尤其是用于抗菌治療的I型光敏劑的通用策略（圖1）。

圖1. 陽離子化分子工程策略用于光動力治療耐藥細菌感染示意圖

  作者設計合成了AIE光敏劑TBZPy，CTBZPy并進一步通過吡啶陽離子化得到對應的陽離子化產物TBZPyI和CTBZPyI（圖2）。陽離子化引入了具有更強電子接受能力的新受體（甲基吡啶鎓基團），從而以更好的HOMO-LUMO分離實現更低的ΔE_ST，促進更有效的ISC過程。此外，引入陽離子受體還增加了分子內ICT效應，增強了電荷的分離和轉移能力，極大地促進了I型ROS的產生。實驗和理論模擬結果均表明，陽離子化可以顯著提高AIE光敏劑的ROS產生效率，尤其是HO^?的生成（圖3）。此外，陽離子化還為這些AIE光敏劑提供了廣譜的細菌結合能力，甚至對耐甲氧西林金黃色葡萄球菌（MRSA）這種超級細菌也是如此（圖4）。CTBZPyI卓越的抗菌性能也在體外抗菌實驗（圖4）及MRSA感染傷口的體內PDT實驗（圖5）中得到證實。該工作以“Cationization-Enhanced Type I and Type-II ROS Generation for Photodynamic Treatment of Drug-Resistant Bacteria”為題發表在《ACS Nano》上。 

圖2. TBZPy, CTBZPy, TBZPyI, CTBZPyI的分子結構式。

圖3. 光敏劑活性氧產生效率及類型檢測。

圖4. CTBZPyI病原體靶向性及體外抗菌結果。

圖5. CTBZPyI體內光動力治療結果。

  原文鏈接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsnano.2c01206