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香港中文大學(xué)（深圳）唐本忠院士與趙征教授團(tuán)隊《ACS Nano》綜述：聚集誘導(dǎo)發(fā)光材料實(shí)現(xiàn)高分辨生物成像
2025-01-07  來源：高分子科技

  聚集誘導(dǎo)發(fā)光分子（AIEgens）與傳統(tǒng)熒光分子不同，其在聚集狀態(tài)呈現(xiàn)增強(qiáng)的發(fā)光性質(zhì)。聚集誘導(dǎo)發(fā)光性質(zhì)不僅使其可以較高的濃度應(yīng)用于生物成像，聚集增強(qiáng)的發(fā)光特點(diǎn)也可進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)對成像靶點(diǎn)實(shí)現(xiàn)高對比分辨。以上特點(diǎn)奠定了AIEgens在高對比度成像中具有優(yōu)勢。


  近期，香港中文大學(xué)（深圳）理工學(xué)院唐本忠院士與趙征教授團(tuán)隊在《ACS Nano》期刊上發(fā)表了題為“Aggregation-Induced Emission Luminogens Realizing High-Contrast Bioimaging”的綜述文章，探討了聚集誘導(dǎo)發(fā)光（AIE）熒光分子（AIEgens）在高對比度生物成像中的應(yīng)用進(jìn)展。文章指出，AIEgens因其在聚集時發(fā)光增強(qiáng)的獨(dú)特性質(zhì)，在區(qū)分健康和疾病組織、提升成像對比度方面展現(xiàn)出顯著優(yōu)勢。綜述詳細(xì)討論了AIEgens的分子機(jī)制，以及通過分子設(shè)計策略實(shí)現(xiàn)的卓越發(fā)光性能和高對比度成像能力。同時，文章還闡述了AIEgens結(jié)合時間分辨成像（TR）技術(shù)和近紅外成像技術(shù)以實(shí)現(xiàn)臨床診斷、外科手術(shù)和治療評估中的高信噪比、高組織穿透的臨床成像應(yīng)用。此外，文章也探討了智能響應(yīng)性AIEgens在生物成像中的應(yīng)用，這些分子能夠響應(yīng)特定的生物刺激或化學(xué)信號，為早期診斷和治療提供了新的工具。該文章的通訊作者為香港中文大學(xué)（深圳）唐本忠教授，趙征教授，香港中文大學(xué)附屬第二醫(yī)院王紹娟教授與馮景教授；第一作者是香港中文大學(xué)附屬第二醫(yī)院的博士后汪文錦博士。


圖1. 論文總體框架圖


  首先通過對AIE的分子機(jī)制介紹，討論了通過限制分子內(nèi)運(yùn)動（RIM）以實(shí)現(xiàn)AIEgens分子高效發(fā)光的策略。文章進(jìn)一步討論了如何通過分子設(shè)計策略實(shí)現(xiàn)卓越的發(fā)光和高對比度成像。這些策略包括受體-供體工程、引入扭曲結(jié)構(gòu)、擴(kuò)展分子π共軛、引入重原子和空間位阻等。


圖2. 聚集誘導(dǎo)發(fā)光分子機(jī)制及單分子態(tài)與聚集態(tài)能級的Jablonski示意圖



圖3. 高效發(fā)光AIEgens分子的構(gòu)建策略


  文章隨后探討了AIEgens與時間分辨成像（TR）及近紅外成像技術(shù)的結(jié)合使用。TR成像通過檢測隨時間衰減的發(fā)光信號，有效區(qū)分了生物組織的自發(fā)光和探針的信號，從而提高了成像的對比度和分辨率。AIEgens的長壽命磷光特性使其在TR成像中具有獨(dú)特的優(yōu)勢，能夠在生物成像中實(shí)現(xiàn)更深的組織穿透和更高的空間分辨率。


圖4. AIEgens分子結(jié)合時間分辨成像技術(shù)以實(shí)現(xiàn)高分辨生物成像


  AIEgens與近紅外成像技術(shù)的結(jié)合，尤其是第二近紅外窗口（NIR-II）成像，進(jìn)一步提升了成像深度，減少了生物自發(fā)光和組織光散射的影響。這種結(jié)合使得AIEgens在深層組織成像中展現(xiàn)出卓越的性能，為腫瘤成像、血管成像和淋巴成像等提供了新的可能。


圖5. AIEgens分子結(jié)合近紅外成像技術(shù)以實(shí)現(xiàn)高分辨生物成像


  文章還探討了設(shè)計具有智能響應(yīng)特性的AIEgens，這些分子能夠在特定靶點(diǎn)處激活，從而增強(qiáng)生物成像的對比度。這種設(shè)計使得AIEgens能夠在特定的生物化學(xué)環(huán)境中改變其發(fā)光特性，為精準(zhǔn)診斷和治療提供了新的策略。


  文章最后對AIEgens在實(shí)現(xiàn)高對比度成像方面的潛力進(jìn)行了總結(jié)，并對未來的發(fā)展方向進(jìn)行了展望。盡管已經(jīng)取得了一定的進(jìn)展，但在推廣AIEgens在高對比度生物成像中的應(yīng)用方面，仍然存在挑戰(zhàn)，包括需要開發(fā)亮度更高、更穩(wěn)定、毒性更低的AIEgens分子。文章還強(qiáng)調(diào)，在將AIEgens分子推向臨床應(yīng)用之前，需要建立合適的聚集體代謝研究模型，對AIEgens分子的毒性進(jìn)行全面研究，并在多種細(xì)胞類型和體內(nèi)模型中進(jìn)行藥代動力學(xué)研究和長期毒理學(xué)評估。


  原文鏈接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsnano.4c14887?articleRef=control

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