香港中文大学（深圳）唐本忠院士与赵征教授团队《ACS Nano》综述：聚集诱导发光材料实现高分辨生物成像

2025-01-07 来源：高分子科技

聚集诱导发光分子（AIEgens）与传统荧光分子不同，其在聚集状态呈现增强的发光性质。聚集诱导发光性质不仅使其可以较高的浓度应用于生物成像，聚集增强的发光特点也可进一步实现对成像靶点实现高对比分辨。以上特点奠定了AIEgens在高对比度成像中具有优势。

近期，香港中文大学（深圳）理工学院唐本忠院士与赵征教授团队在《ACS Nano》期刊上发表了题为“Aggregation-Induced Emission Luminogens Realizing High-Contrast Bioimaging”的综述文章，探讨了聚集诱导发光（AIE）荧光分子（AIEgens）在高对比度生物成像中的应用进展。文章指出，AIEgens因其在聚集时发光增强的独特性质，在区分健康和疾病组织、提升成像对比度方面展现出显著优势。综述详细讨论了AIEgens的分子机制，以及通过分子设计策略实现的卓越发光性能和高对比度成像能力。同时，文章还阐述了AIEgens结合时间分辨成像（TR）技术和近红外成像技术以实现临床诊断、外科手术和治疗评估中的高信噪比、高组织穿透的临床成像应用。此外，文章也探讨了智能响应性AIEgens在生物成像中的应用，这些分子能够响应特定的生物刺激或化学信号，为早期诊断和治疗提供了新的工具。该文章的通讯作者为香港中文大学（深圳）唐本忠教授，赵征教授，香港中文大学附属第二医院王绍娟教授与冯景教授；第一作者是香港中文大学附属第二医院的博士后汪文锦博士。

图1. 论文总体框架图

首先通过对AIE的分子机制介绍，讨论了通过限制分子内运动（RIM）以实现AIEgens分子高效发光的策略。文章进一步讨论了如何通过分子设计策略实现卓越的发光和高对比度成像。这些策略包括受体-供体工程、引入扭曲结构、扩展分子π共轭、引入重原子和空间位阻等。

图2. 聚集诱导发光分子机制及单分子态与聚集态能级的Jablonski示意图

图3. 高效发光AIEgens分子的构建策略

文章随后探讨了AIEgens与时间分辨成像（TR）及近红外成像技术的结合使用。TR成像通过检测随时间衰减的发光信号，有效区分了生物组织的自发光和探针的信号，从而提高了成像的对比度和分辨率。AIEgens的长寿命磷光特性使其在TR成像中具有独特的优势，能够在生物成像中实现更深的组织穿透和更高的空间分辨率。

图4. AIEgens分子结合时间分辨成像技术以实现高分辨生物成像

AIEgens与近红外成像技术的结合，尤其是第二近红外窗口（NIR-II）成像，进一步提升了成像深度，减少了生物自发光和组织光散射的影响。这种结合使得AIEgens在深层组织成像中展现出卓越的性能，为肿瘤成像、血管成像和淋巴成像等提供了新的可能。

图5. AIEgens分子结合近红外成像技术以实现高分辨生物成像

文章还探讨了设计具有智能响应特性的AIEgens，这些分子能够在特定靶点处激活，从而增强生物成像的对比度。这种设计使得AIEgens能够在特定的生物化学环境中改变其发光特性，为精准诊断和治疗提供了新的策略。

文章最后对AIEgens在实现高对比度成像方面的潜力进行了总结，并对未来的发展方向进行了展望。尽管已经取得了一定的进展，但在推广AIEgens在高对比度生物成像中的应用方面，仍然存在挑战，包括需要开发亮度更高、更稳定、毒性更低的AIEgens分子。文章还强调，在将AIEgens分子推向临床应用之前，需要建立合适的聚集体代谢研究模型，对AIEgens分子的毒性进行全面研究，并在多种细胞类型和体内模型中进行药代动力学研究和长期毒理学评估。

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

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（责任编辑：xu）

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