近日，南京林業(yè)大學(xué)蔡旭敏和香港中文大學(xué)（深圳）唐本忠、汪文錦，利用松香基天然電子受體構(gòu)建了具有扭曲分子內(nèi)電荷轉(zhuǎn)移（TICT）特性的林木生物基聚集誘導(dǎo)發(fā)光（BioAIE）材料，并實(shí)現(xiàn)了其在智能防偽和溶酶體靶向成像中的雙重功能。相關(guān)成果以“Facile Engineering of A Rosin-Derived Natural Electron Acceptor toward Twisted Intramolecular Charge Transfer Active BioAIE Materials with Dual Functionalities”為題發(fā)表于《Advanced Functional Materials》。
經(jīng)過(guò)25年的不斷研究，聚集誘導(dǎo)發(fā)光（AIE）材料研究方向收獲了極大的發(fā)展。然而，這類材料也逐漸呈現(xiàn)出骨架結(jié)構(gòu)相對(duì)單一、原料不可再生性和不可持續(xù)性等問(wèn)題。天然生物質(zhì)材料因其優(yōu)異的可再生性、生物相容性和獨(dú)特的骨架結(jié)構(gòu)，在AIE材料領(lǐng)域展現(xiàn)出巨大的創(chuàng)新發(fā)展潛力。本文以含量豐富的林木生物質(zhì)松香為原料，借鑒AIE材料分子設(shè)計(jì)策略，定向轉(zhuǎn)化為結(jié)構(gòu)可設(shè)計(jì)、性能可調(diào)控的林木生物基聚集誘導(dǎo)發(fā)光（BioAIE）材料，既可以給AIE材料研究提供新型的天然骨架，同時(shí)也可以拓寬林木生物質(zhì)的創(chuàng)新利用價(jià)值。
近期，蔡旭敏等以豐富的可再生天然資源松香為原料，衍生化制備了天然電子受體脫氫樅酸-喹喔啉（DAQx），并引入強(qiáng)給電子基團(tuán)三苯胺（TPA），成功構(gòu)建了一系列D-A型松香基BioAIE材料（DAQx-BzBr, DAQx-BPBr, DAQx-BPCN）。通過(guò)調(diào)控DAQx受體的共軛程度和吸電子能力，實(shí)現(xiàn)了其光物理性質(zhì)的優(yōu)化。結(jié)果表明，這一類D-A型BioAIE材料表現(xiàn)出顯著的溶劑刺激響應(yīng)行為，能夠?qū)崿F(xiàn)智能防偽。同時(shí)，這類BioAIE材料得益于天然DAQx骨架固有的生物相容性，實(shí)現(xiàn)亞細(xì)胞器的靶向成像（圖1）。
圖1. 脫氫樅酸基D-A型多功能材料的分子設(shè)計(jì)及智能防偽加密和生物成像應(yīng)用
研究揭示了分子結(jié)構(gòu)（電子受體共軛程度、吸電子能力）與光物理性能的構(gòu)效關(guān)系：增加受體共軛和引入強(qiáng)吸電子基團(tuán)，可顯著增強(qiáng)分子內(nèi)電荷轉(zhuǎn)移（ICT）程度和溶劑效應(yīng)（圖2）。此外，研究表明，調(diào)節(jié)電子受體能夠有效地調(diào)節(jié)分子間相互作用，進(jìn)而改變聚集結(jié)構(gòu)，最終影響發(fā)光效率？傊肿咏Y(jié)構(gòu)和聚集結(jié)構(gòu)共同決定了D-A體系的光物理性質(zhì)。
圖2. DAQx系列分子在不同極性有機(jī)溶劑中的溶劑致變色效應(yīng)
DAQx系列材料所具備的溶劑致變色特性，使其在智能防偽加密領(lǐng)域彰顯出巨大的應(yīng)用潛力。研究團(tuán)隊(duì)將其負(fù)載于硅膠上，利用不同極性溶劑蒸氣進(jìn)行熏蒸，可逆地實(shí)現(xiàn)豐富且對(duì)比鮮明的熒光顏色變化。并基于此，更進(jìn)一步地構(gòu)建了溶劑誘導(dǎo)的3D碼動(dòng)態(tài)信息轉(zhuǎn)換系統(tǒng)（圖3）。
圖3. DAQx系列分子的動(dòng)態(tài)信息加密-解密應(yīng)用
同時(shí)，得益于天然松香脂環(huán)賦予的固有生物相容性，具有發(fā)射紅光行為的DAQx-BPCN被成功應(yīng)用于生物成像（圖4）。細(xì)胞毒性（MTT）實(shí)驗(yàn)證實(shí)，在高達(dá)100 μM濃度下，DAQx-BPCN對(duì)HeLa和HEL-1細(xì)胞均表現(xiàn)出優(yōu)異的生物相容性（存活率>90%）。共聚焦顯微鏡成像及亞細(xì)胞器共定位實(shí)驗(yàn)表明，DAQx-BPCN能被HeLa細(xì)胞有效攝取，并顯示出優(yōu)異的溶酶體靶向能力。
圖4. DAQx-BPCN的溶酶體成像
本文第一作者為南京林業(yè)大學(xué)碩士研究生武彥臣、共同第一作者為香港中文大學(xué)（深圳）碩士研究生辛卓陽(yáng)和南京林業(yè)大學(xué)藺玉婷博士，通訊作者為南京林業(yè)大學(xué)蔡旭敏副教授，共同通訊作者為香港中文大學(xué)（深圳）唐本忠教授和汪文錦副研究員。本研究獲得了國(guó)家自然科學(xué)基金（21601087和52333007）、江蘇省自然科學(xué)基金（BK20231296）和廣東省分子聚集發(fā)光重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室開放基金（2023B1212060003）等項(xiàng)目資助。
論文題目：Facile Engineering of A Rosin-Derived Natural Electron Acceptor Toward Twisted Intramolecular Charge Transfer-Active BioAIE Materials with Dual Functionality
論文作者：Yanchen Wu, Zhuo-Yang Xin, Yuting Lin, Shilong Yang, Zheng Zhao, Wen-Jin Wang,* Ben Zhong Tang,* and Xu-Min Cai*
原文鏈接：https://advanced.onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/adfm.202508618
作者簡(jiǎn)介
蔡旭敏，南京林業(yè)大學(xué)副教授，江蘇省“雙創(chuàng)博士”，國(guó)家“雙一流”專業(yè)林產(chǎn)化工系副主任，于南京大學(xué)和慕尼黑工業(yè)大學(xué)獲碩士和博士學(xué)位。主要從事林木生物基聚集誘導(dǎo)發(fā)光（BioAIE）材料的跨學(xué)科研究。近3年內(nèi)以通訊/第一作者在Nat Commun, Natl Sci Rev, Innovation，Adv Funct Mater, Adv Sci, Aggregate等期刊發(fā)表論文30余篇，主持國(guó)家自然科學(xué)基金、江蘇省自然科學(xué)基金及廣東省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室開放基金等。獲JMCC新銳科學(xué)家、江蘇省林學(xué)會(huì)科學(xué)技術(shù)獎(jiǎng)、江蘇省低碳協(xié)會(huì)科學(xué)技術(shù)獎(jiǎng)、Aggregate高被引學(xué)者稱號(hào)和Aggregate期刊優(yōu)秀編委獎(jiǎng)等。任The Innovation期刊、Aggregate期刊和《生物質(zhì)化學(xué)工程》等期刊青年編委。課題組鏈接：
https://www.x-mol.com/groups/cai_xumin
汪文錦，香港中文大學(xué)（深圳）附屬第二醫(yī)院副研究員，博士畢業(yè)于中山大學(xué)化學(xué)生物學(xué)專業(yè)，隨后加入香港中文大學(xué)（深圳）附屬第二醫(yī)院唐本忠院士團(tuán)隊(duì)進(jìn)行博士后研究。已在Nat. Photonics、J. Am. Chem. Soc.、Angew. Chem. Int. Ed.、Nat. Commun.、Natl. Sci. Rev.、Innovation、Adv. Sci.、Aggregate、Biomaterials、Small.等期刊發(fā)表論文40余篇。主持國(guó)家自然科學(xué)、中國(guó)博士后面上項(xiàng)目、深圳市醫(yī)學(xué)研究專項(xiàng)（青年項(xiàng)目）項(xiàng)目。入選深圳市優(yōu)秀博士后。主要從事新型抗腫瘤材料的開發(fā)與抗腫瘤機(jī)理、聚集誘導(dǎo)發(fā)光（AIE）材料的生物應(yīng)用及臨床應(yīng)用轉(zhuǎn)化研究。
唐本忠教授，1982年獲華南理工大學(xué)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)從事博士后研究、日本NEOS公司中央研究所任高級(jí)研究員。1994–2021年在香港科技大學(xué)工作。2009年、2017年、2020年先后當(dāng)選中國(guó)科學(xué)院院士、亞太材料科學(xué)院院士、發(fā)展中國(guó)家科學(xué)院院士。2021年加入香港中文大學(xué)（深圳）擔(dān)任理工學(xué)院院長(zhǎng)、校長(zhǎng)學(xué)勤講座教授。主要從事高分子化學(xué)和先進(jìn)功能材料研究。在聚集誘導(dǎo)發(fā)光（Aggregation-Induced Emission, AIE）這一化學(xué)和材料前沿領(lǐng)域取得了原創(chuàng)性成果，是AIE概念的提出者和AIE研究的引領(lǐng)者。已發(fā)表學(xué)術(shù)論文2,000多篇，總引用超200,000次，h因子為205。在學(xué)術(shù)會(huì)議上作了500多場(chǎng)邀請(qǐng)報(bào)告，擁有100多項(xiàng)授權(quán)專利，F(xiàn)任德國(guó)Wiley出版社發(fā)行的Aggregate《聚集體》雜志主編以及20多家國(guó)際科學(xué)雜志顧問(wèn)、編委或客座編輯等。2014年至今連續(xù)當(dāng)選全球材料和化學(xué)雙領(lǐng)域“高被引科學(xué)家”。2007年獲Croucher基金會(huì)高級(jí)研究員獎(jiǎng)，2012年獲美國(guó)化學(xué)會(huì)高分子材料科學(xué)與工程分會(huì)MACRO講座獎(jiǎng)，2014年獲伊朗國(guó)家科技部頒發(fā)的Khwarizmi國(guó)際獎(jiǎng)，2015年獲廣州市榮譽(yù)市民稱號(hào)，2017年獲國(guó)家自然科學(xué)一等獎(jiǎng)、何梁何利基金科學(xué)與技術(shù)進(jìn)步獎(jiǎng)，2021年獲Nano Today國(guó)際科學(xué)獎(jiǎng)，2023年獲Biomaterials全球影響力獎(jiǎng)，2024年獲中國(guó)化學(xué)會(huì)–中國(guó)石油化工股份有限公司化學(xué)貢獻(xiàn)獎(jiǎng)。
