华南理工大学材料学院唐本忠

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聚集诱导发光——团结就是力量，聚集照亮健康

在现代医疗体系中，分子影像学是监测健康相关的生理和病理过程的有力工具。目前，已经发展了多种成像模式，如超声、X-射线、核磁共振等。然而，这些成像模式普遍存在着分辨率低和灵敏度差等问题。相比之下，荧光成像具有灵敏度高，实时可视化，副作用小，操作简便等特点。有机发光材料具有一些自身的优点，包括生物相容性好，方便易得以及潜在的可降解性等，在活体成像领域具有非常好的应用前景。例如，吲哚菁绿（ICG）和亚甲基蓝（MB）已经被FDA批准用于临床使用多年，显示了有机小分子材料在临床转化方面的巨大潜力。然而，传统的有机染料存在一些问题，包括斯托克斯位移小（<30 nm），抗光漂白性差和聚集导致猝灭等问题，大大限制了它们的实际应用。尤其是聚集导致猝灭问题，对固态或者聚集态的应用非常不利。

2001年，唐本忠院士课题组首次提出了”聚集诱导发光（AIE）”的概念，是一种新的光物理现象。与聚集导致猝灭现象不同，AIE材料在稀溶液中几乎不发光，而在聚集态的发光非常强。通过一系列机理方面的研究，分子内运动受限证明为AIE现象的主要机理。在该机理的指导下，开发了大量的AIE分子，其发射波长可以覆盖整个紫外-可见光波段，最近已经延伸到近红外区域。该类材料在光电器件、化学传感、过程监测、细胞成像和生物探针等领域取得了重要的应用。最近几年，涌现了大量性能优异的生物应用AIE材料，在活体成像与诊断治疗等方面显示出非常重要的应用前景。

香港科技大学唐本忠院士和南开大学丁丹教授课题组对AIE材料的生物应用进行了归纳性的系统总结。文章主要评述了近期AIE材料在动物体内的研究进展，包括长期追踪、三维血管造影、多模态成像、疾病诊断治疗和可激活探针等方面的应用。AIE纳米粒子可以对干细胞进行长达42天的长效追踪，可以用于大深度的脑部双光子成像，用于近红外二区的高分辨率成像探测；AIE材料可以与其它成像模式相结合，进行多模态成像，例如：荧光/CT，荧光/核磁共振，荧光/光声等；通过有效利用光物理过程产生的能量，AIE材料可用于诊断治疗一体化，如荧光成像介导的光动力学治疗，化学发光和光动力/化疗协同治疗；光声成像介导的光热治疗等；AIE材料自身的特点使其可以很好地用于可激活的探针，如“点亮型”的细胞凋亡检测和治疗，炎症部位的荧光激活和药物治疗追踪，光可控的荧光-光声成像可逆转变及大幅提高肿瘤手术的监测与治疗效果。文章最后，作者还对该领域的未来发展进行了展望，例如：开发同时具有近红外吸收和发射的AIE材料；发掘分子转子在促进光声性质方面的应用；利用AIE机理，更好地探索“点亮型”探针的活体应用；开发高特异性的刺激响应型探针；调控发光寿命，用于时间尺度的成像等。

相关综述文章发表在Advanced Healthcare Materials (DOI: 10.1002/adhm.201800477)上。本文的作者依次为齐迹博士，博士生研究生陈超，丁丹教授和唐本忠院士。