理工學院唐本忠院士和趙征教授在ACS Materials Letters上發表文章
近日，香港中文大學（深圳）理工學院唐本忠院士團隊趙征教授在《ACS Materials Letters》發表題為 “Deep-Red Aggregation-Induced Emission Luminogen Based on Dithiofuvalene-Fused Benzothiadiazole for Lipid Droplet-Specific Imaging” 的文章。
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01《ACS Materials Letters》介紹
美國化學會出版部（American Chemistry Society）2019年推出期刊ACS Materials Letters，這份新的通訊期刊作為前沿性基礎和應用研究的溝通平臺，為材料學與其他學科（包括化學、生物學和工程）交叉領域內高質并迫切的通訊提供便利，致力于以快速發布具變革性的材料學研究。收稿范圍包括最前沿和新興材料的設計、合成、表征和評價，材料結構、性質和性能關系及深層機制的理解，能源、環境、生物醫藥、電子和催化材料的開發。發文類型主要有Letters、Reviews、Perspectives、Viewpoints、Previews和Materials Express。ACS Materials Letters 在2021年的影響因子為8.312，JCR分區Q1。
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02 研究背景
脂滴在許多生物過程中都扮演著不可或缺的角色，一旦脂滴出現功能異常將會導致眾多的疾病。因此，研究脂滴的生物活性就顯得至關重要。具有聚集誘導發光（AIE）性質的紅光/近紅外熒光材料由于具有非侵入性、較大的斯托克斯位移、低光損害性和優異的光穩定性等優點，非常適合用于脂滴的成像和追蹤。與此同時，雙光子成像由于具有更高的分辨率和更深的穿透深度逐漸被人們關注和使用。
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03 研究方法
文章中作者合成了一種新的受體基團BSM并將其用于制備一個新的深紅光AIE分子TPABSM（圖1）。該分子的發光波長涵蓋了可見光和近紅外一區的范圍，并且展現出了很高的（13.0%）的固態熒光量子產率。該分子表現出優異的雙光子成像性能，在不同的生物物質水平，包括細胞、組織和活斑馬魚胚胎，都表現出對脂滴的高度特異性，在生物醫學研究中顯示出對于脂滴成像和跟蹤的巨大潛力。
作者首先研究了該分子的熒光性質。在溶液態下TPABSM展現出了明顯的分子內扭曲電荷轉移（TICT）的性質，其在四氫呋喃溶液中發光波長為672 nm但在甲苯溶液中的發光波長則藍移至605 nm。固態下TPABSM呈現的是明亮的深紅熒光，其發光波長波峰和熒光量子產率分別為670 nm和13.0%。通過分析TPABSM的晶體結構作者發現，雖然分子間并無很強的??–??堆積，但多重非共價鍵相互作用的存在使得分子的構型更加穩定，最終提高了固態的熒光量子產率。
TPABSM優異的深紅發光促使作者進一步去探索了其在生物成像中的應用，并通過MTT實驗證實了TPABSM具有優異的生物相容性。由于TPABSM是一個脂溶性熒光分子，并且分子中F原子的存在能夠進一步提高脂溶性，因此作者重點探索了TPABSM在脂滴成像領域中的應用。在細胞尺度的染色實驗表明，通過將 Hela 細胞與 TPABSM 和 BODIPY 493/503 一起進行共定位實驗。TPABSM 的共定位系數高達 0.91，表明具有優異的脂滴成像特異性。與 BODIPY 相比，TPABSM 由于其 AIE 性質而表現出更好的光穩定性。
TPABSM優越的脂滴成像特異性引導作者進一步探索其在組織成像中的應用。通過比較正常和高脂肪喂養小鼠肝臟組織的圖像，在高脂肪喂養小鼠肝臟組織中觀察到明顯的深紅色發射。此外，BODIPY共染色實驗顯示出高共定位系數（0.97），表明高脂肪喂養小鼠肝組織的脂滴也可以被 TPABSM 以高分辨率有效染色。同時，在組織中對比了TPABSM的單雙光子成像能力，雙光子成像的對比度和分辨率更高，穿透深度達到 72 μm，約為單光子成像的 4 倍（圖2）。這些優異的性能表明 TPABSM 具有用于特定組織或體內脂滴成像的潛力。
最后，作者進一步探索了TPABSM在體內原位成像的潛力。卵黃囊作為中性脂質和極性磷脂儲存器官為斑馬魚的生長提供能量。在用 TPABSM 染色30分鐘后觀察到來自 3 天大斑馬魚胚胎卵黃囊的強烈紅色熒光信號，表明 TPABSM 對脂滴具有高度特異性（圖3）。該初步結果表明 TPABSM 可用于定位卵黃囊中的脂滴，這對于觀察體內脂滴相關的生物過程至關重要。此外，由于斑馬魚的卵黃囊為斑馬魚的胚胎發生提供能量和結構脂質，因此有望通過 TPABSM 在體內追蹤斑馬魚的脂質代謝和易位。
圖1. 紅光AIE分子TPABSM的化學結構、光譜信息和AIE特性
圖2. TPABSM在組織中的雙光子(A, B)和單光子(C, D)成像
圖3. TPABSM在斑馬魚胚胎中熒光成像圖
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04 研究結論
此工作中作者報導了一種新的深紅色AIE分子TPABSM，將其應用于活細胞、組織和斑馬魚胚胎中的脂滴成像，表現出高度特異性和優異的成像效果。該熒光分子利用與缺電子的二硫富瓦烯部分融合的苯并噻二唑作為強受體 (BSM) 來構建 D-A 分子，以在 670 nm 處達到最大發射峰，固體量子產率為 13.0%。 TPABSM 的活組織成像實驗表現出優異的雙光子成像性能，相比單光子成像，對比度和分辨率更高，穿透深度達到 72 μm，約為單光子成像的 4 倍。同時，TPABSM 可以作為各級生物層次優異的脂滴探針，具有出色的雙光子成像性能，可以研究脂滴在細胞生理學中的復雜功能。
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05 作者簡介
香港中文大學（深圳）唐本忠院士和趙征教授為本文通訊作者。
唐本忠，中國科學院院士、發展中國家科學院院士、亞太材料科學院院士、國際生物材料科學與工程學會聯合會“生物材料科學與工程Fellow”、英國皇家化學會會士、國家自然科學基金基礎科學中心項目負責人，曾任廣東省引進創新科研團隊帶頭人、973計劃項目首席科學家、國家自然科學基金重大項目負責人。現任中國化學會常務理事、華南理工大學和德國威利出版社（Wiley）聯合期刊Aggregate主編、《中國科學：化學》副主編、《化學進展》副主編、Adv. Polym. Sci. （Springer）編輯等。在國內外頂尖雜志上發表論文1600余篇，他引十一萬余次，h指數為151。曾先后獲得多項榮譽及獎勵，如國家自然科學一等獎（2017），何梁何利科學與技術進步獎（2017）、第27屆夸瑞茲密國際科學獎（2014）、美國化學會高分子學術報告獎（2012）、國家自然科學二等獎（2007）、裘槎高級研究成就獎（2007）、中國化學會高分子基礎研究王葆仁獎（2007）和愛思唯爾出版社馮新德聚合物獎（2007）等。
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趙征，香港中文大學（深圳）理工學院助理教授，博導，校長青年學者。趙征教授于中國科學院上海有機化學研究所取得博士學位，后赴香港科技大學化學系進行博士后研究，2021年加入香港中文大學（深圳）理工學院擔任助理教授開展研究工作。近年來圍繞激發態的分子運動調控，對 AIE 分子的發光機理、構-效關系以及功能性以及應用探索等進行了系統深入的研究，在提高 AIE 分子的電荷傳輸和發光效率、發展固態分子運動調控的策略、揭示激發態分子運動的本質等方面取得了一系列創新性的研究成果。 已在Nat. Commun、Angew. Chem. Int. Ed.、Matter、ACS Nano.、Adv. Mater、Adv. Funct. Mater.、Nat. Sci. Rev、Mater. Today、Chem. Sci.等國際頂級期刊發表論文70余篇，論文總計被引用3800余次，H-index為37。目前兼任科學出版社聚集誘導發光系列叢書編委，National Science Review雜志編委，Aggregate雜志顧問編委，Chinese Chemical Letters青年編委，National Science Review雜志客座編輯，Biomaterials雜志客座編輯。
本文第一作者：
余穎博士2021年博士畢業于香港科技大學理學院，2021年加入香港中文大學（深圳）理工學院分子聚集體科學團隊進行博士后研究。余博士長期從事紅色/近紅外新型AIE小分子的開發和研究，并探索其在光電器件和生物成像等方面的應用，取得一系列的研究成果，已發表SCI論文三篇并參與撰寫專著一章。
邢浩博士和Hojeong Park博士為共同一作。
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文章轉自理工學院微信公眾平臺，鏈接為https://mp.weixin.qq.com/s/XJt-FFMIcDDNmigl5HkshQ
