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香港中文大学(深圳)唐本忠院士领衔89位学者 ACS Nano综述:AIE - 生命与健康
2023/7/26 18:36:01 | 浏览:1110 | 评论:0

  聚集诱导发光(AIE)是发光领域的一个新兴概念,AIE材料具有亮度高、生物相容性好,光稳定性强,发光与浓度正相关等优势,在生物成像、光动力治疗、光热治疗等生命健康领域显示出巨大的应用潜力AIE连续多年入选化学和材料学科热点前沿和新兴前沿领域,并IUPAC评为2020年国际十大化学新兴技术

  近期,香港中文大学(深圳)理工学院院长唐本忠院士联合国内外多个团队共89名学者系统的论述了AIE在生命与健康领域的最新进展,总结了AIE材料在生物成像(细胞成像、组织成像、活体成像、病原体成像),疾病诊疗(癌症诊疗、抗菌治疗),检测和监控(生物大分子、病毒、食品安全、即时检验)等方向的应用。在结论与展望中,全面讨论了AIE在基础研究和应用研究的机遇与挑战,重点思考了AIE与大数据相结合可能碰撞出的火花。该综述以“Aggregation-Induced Emission(AIE), Life and Health”为题发表在ACS Nano期刊。 


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  作者阐述了AIE的概念、机理以及AIE材料目前在生命科学和健康领域的作用,并介绍了AIE材料在生命科学和健康领域的发展脉络(图1)。 


香港中文大学(深圳)唐本忠院士领衔89位学者 ACS Nano综述:AIE - 生命与健康

1. AIE生命科学和健康领域的重要里程碑。


  自2001年唐本忠院士提出AIE概念以来,经过20余年的发展,科学家们已经确立并且广泛认可了分子内运动受限(RIM)是产生AIE特性的主要机制。RIM可以导致分子构象刚性化,从而抑制非辐射跃迁途径(例如振动耦合、锥形交叉和光化学反应等),从而促进发光增强。随着对RIM机制的深入理解,发现一些AIE材料可在光动力治疗(PDT中作为高效的光敏剂(PSs在光照下产生高毒性的活性氧(ROS),对癌细胞和病原体具有高度杀伤力。


  除了限制分子运动,合理促进和利用固态分子运动也可作为设计光热治疗/光声成像系统的指导方法。通过促进非辐射跃迁,分子可将吸收的光能转化为热等不可见形式的能量。此外,将PDT与免疫治疗、化疗和基因治疗等其他疗法相结合,可以提高疾病治疗效率并克服个体疗法的局限性,在临床研究中显示出良好的前景。 


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2. Jablonski diagram以及AIE材料产生荧光、ROS和光热机理示意图。


  作者分别从亚细胞器、组织、活体和病原体等不同级别介绍了AIE材料在生物成像方面的应用。除了传统的单光子荧光成像外,还包括了超分辨成像、二/三光子成像、近红外成像和长余辉成像等新型成像手段。基于AIE的生物成像已成为理解生命过程的关键工具,有助于进一步发展诊断和治疗方法。 


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3. 基于AIEgens的近红外活体成像。


  作者总结了AIE材料在疾病诊疗方面的应用。通过分子设计赋予AIEgens不同功能,可使得分子产生ROS以及光热特性,有效的杀灭癌细胞与病菌。对于癌症治疗,作者依次讨论了AIEgens在光动力疗法和联合治疗方面的作用(图4)。对于抗菌治疗,作者依次介绍了AIEgens对胞外菌和胞内菌的追踪和杀灭。 


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4AIEgens对于肿瘤的光动力、光热联合治疗。


  随着医学的快速发展,对生命科学研究逐渐转向微观的分子水平。生物体内存在各种复杂机制的生物活性分子,如氨基酸、酶以及各种活性氧、氮、硫等物种,它们是体内稳态的重要组成部分。作者总结了AIE材料在检测和监测生物分子,包括大分子和小分子方面的作用。并且总结了AIE材料在病毒检测、食品安全筛查和现场检测等实际问题上的应用 


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5AIEgens实现病毒检测。


  最后,作者提出,从光物理现象出发,经过20余年的发展,AIE已成为一个充满活力的研究领域。AIE在生命科学和健康领域正在蓬勃发展,从蛋白质、细胞器到组织和活体动物,AIE已涉及临床诊断、协同治疗、药物递送、病理学、康复和精准医学等多个方向。此外,作者还着重展望了AIE领域未来可能的研究热点:一是天然AIEgens在生物医药领域的潜在应用。天然的AIEgens具有许多优点,包括来源广泛、环境友好、低成本和药理活性等,可能会成为AIE领域下一步的研究热点。二是AIE领域与大数据领域的碰撞,唐本忠院士团队开发并建设了“聚集体科学通用数据库(ASBase”希望通过大数据来实现分子光学性能的高精度理论预测,从而为科研和产业化提供新的材料性能数据预测工具(图6)。 


香港中文大学(深圳)唐本忠院士领衔89位学者 ACS Nano综述:AIE - 生命与健康

6. ASBase 数据库页面(http://www.asbase.cn/)。


  原文链接:https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsnano.3c03925

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