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香港中文大學（深圳）唐本忠院士與趙征教授團隊《ACS Nano》綜述：聚集誘導發光材料實現高分辨生物成像

2025-01-07 來源：高分子科技

聚集誘導發光分子（AIEgens）與傳統熒光分子不同，其在聚集狀態呈現增強的發光性質。聚集誘導發光性質不僅使其可以較高的濃度應用于生物成像，聚集增強的發光特點也可進一步實現對成像靶點實現高對比分辨。以上特點奠定了AIEgens在高對比度成像中具有優勢。

近期，香港中文大學（深圳）理工學院唐本忠院士與趙征教授團隊在《ACS Nano》期刊上發表了題為“Aggregation-Induced Emission Luminogens Realizing High-Contrast Bioimaging”的綜述文章，探討了聚集誘導發光（AIE）熒光分子（AIEgens）在高對比度生物成像中的應用進展。文章指出，AIEgens因其在聚集時發光增強的獨特性質，在區分健康和疾病組織、提升成像對比度方面展現出顯著優勢。綜述詳細討論了AIEgens的分子機制，以及通過分子設計策略實現的卓越發光性能和高對比度成像能力。同時，文章還闡述了AIEgens結合時間分辨成像（TR）技術和近紅外成像技術以實現臨床診斷、外科手術和治療評估中的高信噪比、高組織穿透的臨床成像應用。此外，文章也探討了智能響應性AIEgens在生物成像中的應用，這些分子能夠響應特定的生物刺激或化學信號，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（深圳）唐本忠教授，趙征教授，香港中文大學附屬第二醫院王紹娟教授與馮景教授；第一作者是香港中文大學附屬第二醫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的分子機制介紹，討論了通過限制分子內運動（RIM）以實現AIEgens分子高效發光的策略。文章進一步討論了如何通過分子設計策略實現卓越的發光和高對比度成像。這些策略包括受體-供體工程、引入扭曲結構、擴展分子π共軛、引入重原子和空間位阻等。

圖2. 聚集誘導發光分子機制及單分子態與聚集態能級的Jablonski示意圖

圖3. 高效發光AIEgens分子的構建策略

文章隨后探討了AIEgens與時間分辨成像（TR）及近紅外成像技術的結合使用。TR成像通過檢測隨時間衰減的發光信號，有效區分了生物組織的自發光和探針的信號，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成像中具有獨特的優勢，能夠在生物成像中實現更深的組織穿透和更高的空間分辨率。

圖4. AIEgens分子結合時間分辨成像技術以實現高分辨生物成像

AIEgens與近紅外成像技術的結合，尤其是第二近紅外窗口（NIR-II）成像，進一步提升了成像深度，減少了生物自發光和組織光散射的影響。這種結合使得AIEgens在深層組織成像中展現出卓越的性能，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分子結合近紅外成像技術以實現高分辨生物成像

文章還探討了設計具有智能響應特性的AIEgens，這些分子能夠在特定靶點處激活，從而增強生物成像的對比度。這種設計使得AIEgens能夠在特定的生物化學環境中改變其發光特性，為精準診斷和治療提供了新的策略。

文章最后對AIEgens在實現高對比度成像方面的潛力進行了總結，并對未來的發展方向進行了展望。盡管已經取得了一定的進展，但在推廣AIEgens在高對比度生物成像中的應用方面，仍然存在挑戰，包括需要開發亮度更高、更穩定、毒性更低的AIEgens分子。文章還強調，在將AIEgens分子推向臨床應用之前，需要建立合適的聚集體代謝研究模型，對AIEgens分子的毒性進行全面研究，并在多種細胞類型和體內模型中進行藥代動力學研究和長期毒理學評估。

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

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（責任編輯：xu）

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