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  病原菌感染嚴重威脅人類生命健康。全球每年的感染病例高達3億以上，其中，超過500萬人次死于嚴重的病原菌感染。為了確保有效治療，首先要對病原菌進行快速、可靠鑒定。因此，迫切需要發展一種簡單、準確的檢測手段。聚集誘導發光材料（AIEgen），因其“溶解不發光、聚集才發光”的特點，是與生俱來的點亮型熒光染料，同時具有光穩定性好、熒光背景低等優點，可以極大提高檢測靈敏度和準確性。

  近年來，雖然有報道利用AIEgen構建熒光傳感器陣列來檢測病原菌，但是其準確性和簡便性還無法滿足臨床要求。因此，如何合理的設計AIEgen來增大每種病原菌特征熒光響應圖譜間的差異，實現病原菌的準確檢測，同時簡化傳感器陣列仍然存在很大的挑戰。

  近日，香港科技大學唐本忠院士團隊和中科院化學所王樹研究員在《Adv. Funct. Mater》 上發表了題為Engineering Sensor Arrays Using Aggregation-Induced Emission Luminogens for Pathogen Identification 的文章，在此工作中，作者成功構建了一系列簡單的AIE熒光傳感器陣列，基于多價相互作用實現對常見病原菌的快速準確鑒定。

精細調控AIE分子親疏水性

  在此工作中，作者在四苯乙烯基上以烷氧基鏈為連接基團引入帶有明顯疏水性差異的季銨鹽，得到一系列具有精確調節親疏水性的AIE分子TPE-AR，其正辛醇/水分配系數（logP）從3.426 to 6.071，以此來調控AIE分子與病原菌間的多價相互作用，放大病原菌特征熒光響應的差異，實現對病原菌的準確鑒定（圖一）。

圖一. TPE-ARs構筑的熒光傳感器用于病原菌檢測示意圖

AIE分子多樣的聚集行為豐富其與病原菌間的多價相互作用

  由于這些AIEgen的親疏水性存在微妙差異，因此呈現多樣的聚集行為，進一步豐富了TPE-AR與病原菌間的多價相互作用。比如，帶有較長疏水鏈（丁基和己基）的AIE分子在臨界聚集濃度之前就可以組裝形成大的預聚集體（圖二）。

圖二. TPE-ABu和TPE-AHex形成預聚集體結構

AIE熒光傳感器陣列構建原則

  由于TPE-AR與病原菌間不同的多價相互作用，7個TPE-AR分子對每種病原菌都可以呈現不同的熒光信號響應。隨著TPE-AR分子LogP的增加，7個TPE-ARs可以分為A,B,C三組，其中A組TPE-AR對革蘭氏陽性菌和真菌熒光響應強，而對革蘭氏陰性菌相對較弱；B組對三類菌呈現相似的熒光響應，且根據熒光響應強度又可以進一步分為B1和B2；C組與A組相反，對革蘭氏陰性菌熒光響應強，而對革蘭氏陽性菌和真菌相對較弱。在兼顧熒光響應多樣性和熒光傳感器簡單性的前提下，將具有不同熒光響應的三組TPE-AR進行數學優化組合(AB1C,AB2C, AB1B2，B1B2C)，成功構建了14個準確率接近100%的熒光傳感器陣列。

圖三. TPE-ARs對不同病原菌的熒光響應

AIE熒光傳感器陣列識別病原菌

  基于TPE-ARs傳感器與病原菌間不同的多價相互作用，每個傳感器陣列都可以為不同的病原菌提供特征的熒光響應圖譜（圖四a）。借助數學統計方法識別病原菌的熒光信號，實現對七種病原菌的有效鑒定，甚至可以區分正常菌和耐藥菌，準確率接近100％（圖四b）。另外，該傳感器陣列也同樣適用于檢測病原菌混合物(圖五)。

圖四. TPE-ARs傳感器通過LDA分析識別不同病原菌

圖五. TPE-ARs傳感器通過LDA分析識別不同病原菌混合物

  本工作通過精細調控AIE活性基團的親疏水性成功構建了一系列簡單準確的熒光傳感器陣列。基于多價相互作用，這些熒光傳感器陣列能夠實現對不同病原體菌的高效鑒定，甚至可以區分正常菌和耐藥菌（準確度接近100％）。此外，該傳感器陣列具有快速（約0.5小時）、高通量、操作簡單和免洗等優點，具有為臨床提供及時可靠的病原菌信息的巨大潛力。

  這一成果近期發表在Adv. Funct. Mater.上，唐本忠院士和王樹研究員為共同通訊作者，周成成博士和博士生許文涵為共同第一作者。

  論文鏈接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/adfm.201805986