隨著合成化學的發展，具有明亮發光性能的人造發光材料得到充分探索，但不少材料都存在聚集狀態下發射減弱或淬滅以及可再生性、可持續性差等問題。基于此種情況，具有聚集態發光增強且可再生、可持續發展的發光材料的研究開發就變得極為重要。此外，由于發光材料的發光特性與其激發態分子運動密切相關，而這種現象以超快的時間尺度發生，難以追蹤和調節。因此，開發出可以調控激發態分子運動的手段，獲得優異發光性能的材料，是發光材料研究領域中一個極為重要的研究方向。
近日，南京林業大學蔡旭敏副教授與唐本忠院士、趙征教授團隊（現工作單位：香港中文大學-深圳）合作，合成出一類具有聚集誘導發光（AIE）特性的天然松香基聚集誘導發光分子(BioAIEgen：正式提出此概念)，以“BioAIEgens derived from rosin: how does molecular motion affect their photophysical processes in solid state?”為題在Nature Communications上發表最新研究進展。（圖1）
圖1：松香基BioAIEgen及其光物理性能
該工作以動植物甾醇的脂環結構強化細胞膜結構穩定性為設計依據，利用松香獨特的脂環剛硬化結構特征，與柔性的希夫堿復合，成功開發出一系列脂環融合的希夫堿作為源自天然松香的BioAIEgen（圖2）。機理研究證實，天然松香分子中脂環結構的引入有助于抑制激發態分子運動，從而增強聚集態發射（圖3）。此外，改變取代基可以影響分子間相互作用和激發態分子運動，從而調控發光性能（圖4）。通過光致變色現象，可以在固態下監測和可視化其分子運動（圖5）。最后，基于這些松香基BioAIEgen的脂質特性和生物相容性，它們被應用于細胞成像，分別在脂滴和溶酶體中顯示出優異的靶向成像能力（圖6）。該工作從根本上闡明了天然松香中脂環結構在發光分子設計中的重要作用，并從實踐上提供了一種可大規模獲得生物相容性BioAIEgen的天然資源，提升了天然松香的附加值。
圖2：源自天然松香的BioAIEgen
圖3：松香基BioAIEgen的發光性能
圖4：松香基BioAIEgen的分子構象及其分子間作用方式
圖5：松香基BioAIEgen的可視化分子運動
圖6：松香基BioAIEgen的靶向細胞器成像（DAMB-SA靶向脂滴；DAMB-SAN靶向溶酶體）
本文共同第一作者為南京林業大學蔡旭敏副教授，其碩士研究生藺玉婷及深圳大學李瑩副研究員，通訊作者為唐本忠院士、趙征教授及南京林業大學黃申林教授。本研究獲得了國家自然科學基金（21601087和21805233）等項目資助。
文章信息:
Xu-Min Cai, Yuting Lin, Ying Li, Zaiyu Wang, Xueqian Zhao, Shenlin Huang*, Zheng Zhao*, & Ben Zhong Tang*
BioAIEgens derived from rosin: how does molecular motion affect their photophysical processes in solid state?
https://www.nature.com/articles/s41467-021-22061-y#citeas
DOI: 10.1038/s41467-021-22061-y (Nat. Commun. 2021, 12, 1773)
