荧光成像凭借无创、高时空分辨率的优势，已成为疾病诊断与实时生物物理传感不可或缺的工具。2001 年聚集诱导发光（AIE）概念的提出，使“分子内运动受限（RIM）”成为调控发光行为的核心原理：孤立状态下，活跃的分子运动将激发态能量导向锥形交叉（CI）而淬灭发光；在聚集或受限环境中，运动被不同程度抑制，CI 介导的非辐射弛豫受阻、辐射通道被打开。围绕晶体多晶型，研究者已系统揭示了不同堆积模式带来的发光行为巨大差异；然而，如何将这种“多晶型式”的发光调控拓展到动态、复杂的生理环境，仍鲜有探索。现有分子转子型探针——尤其是蛋白靶向探针——大多只依赖单一维度的“开-关”强度响应，忽视了活体环境中多种运动限制态共存、且随微环境不断演化的现实。因此，厘清不同“运动限制”如何塑造发光信号、并把它变成可读的生物信息，是拓展荧光成像维度的关键前提。

图1 不同限制情形下聚集诱导发光机制的示意图（孤立态运动活跃→CI 淬灭；聚集态运动被不同程度抑制→辐射通道打开）

  近日，香港科技大学唐本忠院士、郭子健教授，澳门大学徐昌活博士与浙江大学周泉研究员合作团队提出了“单一荧光团、差异化分子运动限制”的成像新策略，构建了以 D-A 型荧光团连接 PSMA 靶向基团的“开-关”型探针 TPABT-P（图1）。

  2026 年10 月5 日，相关成果以“Harnessing Differential Restriction of Molecular Motion within a Single Fluorophore for Versatile Bioimaging”为题发表于《美国化学会志》（Journal of the American Chemical Society, 2026, DOI: 10.1021/jacs.6c14669）。论文共同第一作者为 朱昕燕（香港科技大学）、李俊俊（浙江大学）、闫文山（澳门大学）；通讯作者为香港科技大学郭子健教授、浙江大学周泉研究员、澳门大学徐昌活博士和香港科技大学/香港中文大学（深圳）唐本忠院士。

  研究发现 PSMA 特异结合、非特异吸附、高黏度环境与溶剂诱导聚集四种运动受限状态可给出清晰区分的荧光指纹——发射峰位在 600 nm 前后分界、荧光寿命由 5.4 ns 以上缩短至 4.0 ns 以下、量子产率由约 13% 降至约 4.5%；据此，该探针在 1 μM 低浓度下实现了 PSMA 高表达细胞与荷瘤小鼠的精准免洗成像和体内靶向识别（信号对比达 10 倍与 3 倍），在 10 μM 高浓度下又转变为高性能通用细胞膜探针，并可借助荧光寿命成像“找回”被强度信号掩盖的靶向特异性（图2–图7）。

图2 不同限制条件下 TPABT-P 的“开-关”机制与双模式活化示意图。

图3 低浓度（1 μM）下 TPABT-P 的PSMA 靶向细胞成像与体内成像验证。

图4 高浓度（10 μM）下 TPABT-P 的体外细胞膜成像。

图5 不同细胞系中的原位荧光寿命成像（FLIM）。

  该工作是团队围绕“分子运动限制”与 AIE 生物医学应用长期布局的延续：前期提出将分子运动限制“提升到更高层级”以构筑高亮 AIE 点用于生物医学成像的设计思路（iScience 2023, 26, 106568），并在近红外二区 AIE 体系超高量子产率设计方面取得进展（J. Am. Chem. Soc. 2022, 144, 15391）。本次研究则进一步把分子运动限制的调控维度从固态多晶型拓展到动态生理环境，使同一个荧光团可在活细胞中读出多维荧光信息。这一认识有助于将荧光探测从“报告分析物的有无与多少“推进到”追踪更复杂、更细微的微环境变化”，为精准疾病诊断与实时生物物理传感提供新的工具箱。

  研究得到国家重点研发计划、国家自然科学基金、香港创新科技署、广东省重点领域研发计划、深圳市科技创新委员会和澳门科学技术发展基金等项目的资助。

  原文链接：https://doi.org/10.1021/jacs.6c14669