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唐本忠院士領(lǐng)銜89位學(xué)者傾力打造 ACS Nano重磅綜述：AIE，生命與健康

2023-07-26 來(lái)源：高分子科技

關(guān)鍵詞：AIE材料生物成像疾病診療檢測(cè)監(jiān)控大數(shù)據(jù)

聚集誘導(dǎo)發(fā)光（AIE）是發(fā)光領(lǐng)域的一個(gè)新興概念，AIE材料具有亮度高、生物相容性好，光穩(wěn)定性強(qiáng)，發(fā)光與濃度正相關(guān)等優(yōu)勢(shì)，在生物成像、光動(dòng)力治療、光熱治療等生命健康領(lǐng)域顯示出巨大的應(yīng)用潛力。AIE連續(xù)多年入選化學(xué)和材料學(xué)科熱點(diǎn)前沿和新興前沿領(lǐng)域，并被IUPAC評(píng)為2020年國(guó)際十大化學(xué)新興技術(shù)。

近期，香港中文大學(xué)（深圳）理工學(xué)院院長(zhǎng)唐本忠院士聯(lián)合國(guó)內(nèi)外多個(gè)團(tuán)隊(duì)共89名學(xué)者系統(tǒng)的論述了AIE在生命與健康領(lǐng)域的最新進(jìn)展，總結(jié)了AIE材料在生物成像（細(xì)胞成像、組織成像、活體成像、病原體成像），疾病診療（癌癥診療、抗菌治療），檢測(cè)和監(jiān)控（生物大分子、病毒、食品安全、即時(shí)檢驗(yàn)）等方向的應(yīng)用。在結(jié)論與展望中，全面討論了AIE在基礎(chǔ)研究和應(yīng)用研究的機(jī)遇與挑戰(zhàn)，重點(diǎn)思考了AIE與大數(shù)據(jù)相結(jié)合可能碰撞出的火花。該綜述以“Aggregation-Induced Emission (AIE), Life and Health”為題發(fā)表在ACS Nano期刊。

作者闡述了AIE的概念、機(jī)理以及AIE材料目前在生命科學(xué)和健康領(lǐng)域的作用，并介紹了AIE材料在生命科學(xué)和健康領(lǐng)域的發(fā)展脈絡(luò)（圖1）。

圖1. AIE在生命科學(xué)和健康領(lǐng)域的重要里程碑。

自2001年唐本忠院士提出AIE概念以來(lái)，經(jīng)過(guò)20余年的發(fā)展，科學(xué)家們已經(jīng)確立并且廣泛認(rèn)可了分子內(nèi)運(yùn)動(dòng)受限（RIM）是產(chǎn)生AIE特性的主要機(jī)制。RIM可以導(dǎo)致分子構(gòu)象剛性化，從而抑制非輻射躍遷途徑（例如振動(dòng)耦合、錐形交叉和光化學(xué)反應(yīng)等），從而促進(jìn)發(fā)光增強(qiáng)。隨著對(duì)RIM機(jī)制的深入理解，發(fā)現(xiàn)一些AIE材料可在光動(dòng)力治療（PDT）中作為高效的光敏劑（PSs），在光照下產(chǎn)生高毒性的活性氧（ROS），對(duì)癌細(xì)胞和病原體具有高度殺傷力。

除了限制分子運(yùn)動(dòng)，合理促進(jìn)和利用固態(tài)分子運(yùn)動(dòng)也可作為設(shè)計(jì)光熱治療/光聲成像系統(tǒng)的指導(dǎo)方法。通過(guò)促進(jìn)非輻射躍遷，分子可將吸收的光能轉(zhuǎn)化為熱等不可見(jiàn)形式的能量。此外，將PDT與免疫治療、化療和基因治療等其他療法相結(jié)合，可以提高疾病治療效率并克服個(gè)體療法的局限性，在臨床研究中顯示出良好的前景。

圖2. Jablonski diagram以及AIE材料產(chǎn)生熒光、ROS和光熱機(jī)理示意圖。

作者分別從亞細(xì)胞器、組織、活體和病原體等不同級(jí)別介紹了AIE材料在生物成像方面的應(yīng)用。除了傳統(tǒng)的單光子熒光成像外，還包括了超分辨成像、二/三光子成像、近紅外成像和長(zhǎng)余輝成像等新型成像手段。基于AIE的生物成像已成為理解生命過(guò)程的關(guān)鍵工具，有助于進(jìn)一步發(fā)展診斷和治療方法。

圖3. 基于AIEgens的近紅外活體成像。

作者總結(jié)了AIE材料在疾病診療方面的應(yīng)用。通過(guò)分子設(shè)計(jì)賦予AIEgens不同功能，可使得分子產(chǎn)生ROS以及光熱特性，有效的殺滅癌細(xì)胞與病菌。對(duì)于癌癥治療，作者依次討論了AIEgens在光動(dòng)力療法和聯(lián)合治療方面的作用（圖4）。對(duì)于抗菌治療，作者依次介紹了AIEgens對(duì)胞外菌和胞內(nèi)菌的追蹤和殺滅。

圖4. AIEgens對(duì)于腫瘤的光動(dòng)力、光熱聯(lián)合治療。

隨著醫(yī)學(xué)的快速發(fā)展，對(duì)生命科學(xué)研究逐漸轉(zhuǎn)向微觀(guān)的分子水平。生物體內(nèi)存在各種復(fù)雜機(jī)制的生物活性分子，如氨基酸、酶以及各種活性氧、氮、硫等物種，它們是體內(nèi)穩(wěn)態(tài)的重要組成部分。作者總結(jié)了AIE材料在檢測(cè)和監(jiān)測(cè)生物分子，包括大分子和小分子方面的作用。并且總結(jié)了AIE材料在病毒檢測(cè)、食品安全篩查和現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)等實(shí)際問(wèn)題上的應(yīng)用。

圖5. AIEgens實(shí)現(xiàn)病毒檢測(cè)。

最后，作者提出，從光物理現(xiàn)象出發(fā)，經(jīng)過(guò)20余年的發(fā)展，AIE已成為一個(gè)充滿(mǎn)活力的研究領(lǐng)域。AIE在生命科學(xué)和健康領(lǐng)域正在蓬勃發(fā)展，從蛋白質(zhì)、細(xì)胞器到組織和活體動(dòng)物，AIE已涉及臨床診斷、協(xié)同治療、藥物遞送、病理學(xué)、康復(fù)和精準(zhǔn)醫(yī)學(xué)等多個(gè)方向。此外，作者還著重展望了AIE領(lǐng)域未來(lái)可能的研究熱點(diǎn)：一是天然AIEgens在生物醫(yī)藥領(lǐng)域的潛在應(yīng)用。天然的AIEgens具有許多優(yōu)點(diǎn)，包括來(lái)源廣泛、環(huán)境友好、低成本和藥理活性等，可能會(huì)成為AIE領(lǐng)域下一步的研究熱點(diǎn)。二是AIE領(lǐng)域與大數(shù)據(jù)領(lǐng)域的碰撞，唐本忠院士團(tuán)隊(duì)開(kāi)發(fā)并建設(shè)了“聚集體科學(xué)通用數(shù)據(jù)庫(kù)（ASBase）”希望通過(guò)大數(shù)據(jù)來(lái)實(shí)現(xiàn)分子光學(xué)性能的高精度理論預(yù)測(cè)，從而為科研和產(chǎn)業(yè)化提供新的材料性能數(shù)據(jù)預(yù)測(cè)工具（圖6）。

圖6. ASBase 數(shù)據(jù)庫(kù)頁(yè)面（http://www.asbase.cn/）。

原文鏈接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsnano.3c03925

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（責(zé)任編輯：xu）

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