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唐本忠團隊《JACS》：調節異型和同型相互作用，以熒光開啟方式視覺化有機聚集體的演變
無膜細胞器異常演變為澱粉樣纖維是許多神經退行性疾病的致病因素。 因此，對演變的有機聚集體進行研究將非常有助於理解這些疾病的根本原因。 原位監測具有熒光特性的演變分子聚集體是反映其細微結構變化的可靠方法。
而為了提高實時監測的靈敏度，香港科技大學唐本忠教授和Jacky W. Y. Lam等人提出了由三苯基丙烯腈衍生物TPAN-2MeO組裝的有機聚集體。TPAN-2MeO表現出具有明顯開啟發射的形態演變行為。而在機械攪拌下，TPAN-2MeO和Pluronic F-127可共組裝形成均勻的熒光片，誘導光致發光量子產率（PLQY）的顯著增強。這些結果破譯了刺激引發的有機聚集體的結構變化，同時產生了靈敏的熒光反應，為深入理解生物聚集體的演變事件鋪平了道路。相關工作以“Modulation of Heterotypic and Homotypic Interactions to Visualize the Evolution of Organic Aggregates in a Fluorescence Turn-on Manner”為題發表在JACS。
【文章要點】
目前來說，許多研究小組已經發現AIEgens形成的有機聚集體具有演變特性，然而，在大多數情況下，所報道的分子系統只是顯示出發射顏色的變化。而在這項研究中，作者提出了一種新型AIEgen （TPAN-2MeO），其發射在固態時很強，但當在四氫呋喃（THF）/水混合物中形成奈米聚集體時會變得很弱，其在快速奈米聚集後會在動力學亞穩狀態下形成非發射性球形聚集體（圖1）。
圖1 TPAN-2MeO的表徵
實驗和模擬結果表明，TPAN-2MeO分子之間的弱同型相互作用釋放了它們的分子運動以進行有效的非輻射衰變，而TPAN-2MeO和水之間的強異型相互作用則可穩定有利於非熒光狀態的分子幾何結構（圖2）。超聲處理後，減少的異型相互作用和增加的同型相互作用協同作用，使其能夠以良好的光致發光量子產率（PLQY從0.5%突然躍升至13.7%）進入發射熱力學平衡態，並且球形聚集體會最終轉化為微米大小的塊狀顆粒。為了進一步增加TPAN-2MeO聚集體的PLQY，作者還施加機械攪拌以溫和地促進TPAN-2MeO和F-127的共組裝，最終可形成PLQY升高至24.1%的均勻熒光片結構。這些發現為具有進化特性的AIE聚集體的設計以及控制其進化途徑以實現所需功能的潛力提供了基本見解。更重要的是，所獲得的見解有助於理解神經退行性疾病發展過程中生物聚集物的演變事件，並有助於在初始階段設計新的預防和控制方法。
圖2 視覺化TPAN-2MeO聚集體的形貌變化
https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.3c13252
02
唐本忠團隊最新Angew：噻吩π-橋操縱NIR-II AIE分子用於多模態腫瘤光療
在單組分治療劑的基礎上製造多模式光診療平臺，以同時提供成像和治療，是極具吸引力的工作。聚集誘導發射發光分子（AIEgens）的出現，特別是那些在第二近紅外視窗（NIR-II）中發射熒光的發光分子，憑藉可調節的輻射/非輻射能量消耗途徑、更深的穿透深度和聚集增強的治療效能，為癌症治療提供了強大的工具。儘管通常採用大體積的噻吩π-橋，如鄰烷基化噻吩、3，4-乙氧基二氧噻吩和苯並[c]噻吩來構建NIR-II AIEgens，但它們治療行為的細微差異仍有待全面研究。
在本研究中，深圳大學王東教授、燕鼎元副研究員和香港中文大學唐本忠院士等人系統地研究發現，含有AIEgen BT-NS的苯並[c]噻吩具有較為良好的NIR-II熒光發射強度、有效的活性氧生成和高的光熱轉換效率。透過使用BT-NS奈米顆粒，作者證明了其在NIR-II熒光/光聲/光熱成像引導的協同光動力/光熱消除腫瘤方面前所未有的效能。因此，這項研究為開發用於臨床試驗的多功能光診療系統提供了見解。相關工作以“Thiophene π-Bridge Manipulation of NIR-II AIEgens for Multimodal Tumor Phototheranostics”為題發表在Angew。
【文章要點】
一般來說，為了設計NIR-II AIEgens，必須考慮兩個關鍵因素。首先，為了實現NIR-II發射，增強分子的分子內電荷轉移（ICT）效應是一種可行的策略。其次，為了賦予AIE特性，需要使用多個分子轉子定製的扭曲骨架。大量研究已經證明，共價連線電子供體（D）和電子受體（A）的大體積取代噻吩π橋有利於構建NIR-II AIEgens，因為這類結構可結合降低帶隙的強電子供體能力和扭曲分子構象的大空間應變勢壘的優勢。根據這一設計理念，鄰烷基化噻吩、3，4-亞氧基二氧噻吩和苯並[c]噻吩已被反覆用作大體積富電子π-橋，以配製NIR-II AIEgens。儘管如此，具有不同π橋的NIR-II AIEgens的光診療效能尚未得到系統的研究和比較。因此，在這項研究中，作者探索了不同π橋之間的細微區別，以根據需要指導NIR-II AIEgens的設計。透過巧妙地調節π橋，研究首次獲得了五種新型AIEgen（圖1）。
圖1 五種化合物的結構細節
在實驗和計算研究相結合的基礎上，作者全面系統地研究了它們的治療效能，包括吸收/發射波長、AIE性質、熒光量子產率（QY）、活性氧（ROS）產生效率和光熱轉換效率（PCE）。這其中，在660nm近紅外鐳射照射下，含有苯並[c]噻吩的BT-NS NPs由於其優異的摩爾吸收係數、可接受的NIR-II FLI功效、優異的ROS產生能力和良好的光熱轉化能力而表現出顯著的治療效果。最終，具有良好生物相容性的BT-NS NP在NIR-II FLI/PAI/PTI三模態成像上表現良好，可高效引導針對腫瘤的PDT/PTT（圖2）。
圖2 多模態光診療示意圖
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.202318609
來源：BioMed科技
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