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唐本忠院士团队近期研究成果集锦
  唐本忠，中国科学院院士，香港科技大学张鉴泉理学教授、化学系与生物医学工程系讲座教授，华南理工大学-香港科技大学联合研究院院长。唐本忠教授长期致力于有机光电功能材料在生物医用材料及光电诊疗方向的应用研究。其所提出的原创“聚集诱导发光（AIE）”材料体系及其在光电功能材料和生物成像领域的应用，入选中科院文献情报中心和汤森路透联合发布的《2015年科学研究前沿》，并位于化学与材料学研究热点的第二位。2016年《Nature》一篇新闻深度分析文章将AIE点（纳米粒子）列为支撑和驱动未来纳米光革命的四大材料体系之一（是唯一由中国人提出并引领的材料体系）。2018年，获得“2017年度国家自然科学一等奖”（第一完成人）。针对唐本忠院士团队2020年取得的重要研究成果进行了简单的梳理，主要分为发光材料和生物成像与治疗两个部分。 1 发光材料 1.1National Science Review：AIE分子内运动受限的机理内涵 唐本忠院士应《国家科学评论》（National Science Review）邀请，撰写观点(Perspective)文章，介绍了近年来AIE机理研究中常见的机理模型，分别为：振动耦合受限，锥形交叉通道受限，暗态通道受限，抑制光化学反应。文章中概括的模型侧重在不同的非辐射跃迁途径，但本质上这些不同途径的非辐射跃迁都是由激发态的分子内运动所导致。因此，这些模型从量子化学的角度对RIM机理的内涵进行了细致的阐释，使得RIM机理的基础更加牢固。
相关报道： 香港科技大学唐本忠院士《NSR》观点：分子内运动受限的机理内涵 1.2JACS：控制AIEgen晶体的分子运动，实现力致发光 在实际应用中，操纵分子运动是最终实现分子机器的一种可行方法。但是，精确控制溶液状态的分子运动是十分困难的，而由于固态分子的流动性相当低，固态分子运动的研究相对较少。最近， 唐 本 忠 院 士 和王志 明 副 教 授 开发了两种手性Au（I）配合物，在机械力的作用下，它们的粉末可以实现从不发光的孤立微晶到发光微晶的转变。这种不寻常的结晶现象被认为是由强烈的亲金相互作用以及多重C-H···F和π-π相互作用驱动的分子运动引起的。这种显著的宏观关/开发光开关也可以通过在晶体状态下极其细微的分子运动来实现，并且呈现出一种以逐层分子堆积方式发生的肌丝滑动，而不涉及任何晶体相变。此外，还证明了对固体分子运动的控制可以产生圆偏振发光。
相关报道： 唐本忠院士团队《JACS》：控制AIEgen晶体的分子运动，实现力致发光 1.3AFM：跨空间C-Br···π作用调制晶态材料光学性能 许多基于光化学反应的分子功能材料在溶液态响应性极佳，但在固态应用下，因为聚集态环境对化学反应活性的抑制作用，常导致响应灵敏度降低、可逆性变差等问题，极大地限制了材 料在聚集态下的实际应用。最近，唐本忠院士和湖南大学曾泽兵教授团队通过构建C-Br···π跨空间作用，调制具有典型聚集诱导发光活性的二苯基茚类（DPI）分子的光响应性质，获得了晶态下高度可逆且稳定的光致变色荧光材料。通过晶体解析，发现一对对具有垂直构型的C-Br···π跨空间作用排列成阵列。在不同的激发光条件下，该材料呈现出时间依赖的褪色过程，可用于构建时间依赖变色和发光双重响应的防伪模式。该项研究揭示了C-Br···π跨空间作用在聚集态材料性能调控中的潜力。
相关报道： 唐本忠院士团队《AFM》：跨空间C-Br···作用调制晶态材料光学性能 1.4 AFM：基于聚集诱导发光分子的有机无机纳米复合材料 与传统“聚集导致荧光淬灭（ACQ）”的现象相反，具有“聚集诱导发光（AIE）”特性的分子在单分散状态下不发光或者发出微弱荧光，但在聚集态下荧光得到显著增强。然而，合成具有优异性质的AIE小分子通常需要巧妙的结构设计和复杂的合成路线，高消耗低产率显然无法满足实际应用的需求。无机纳米材料具有高稳定性、易表面改性和大比表面积等优点，且在自然界中广泛存在容易获得，将无机材料与AIE分子复合是极具潜力的发展方向。鉴于此，唐本忠院士团队和深圳大学AIE研究中心王媛玮博士和王东副教授等概括并分析了基于AIE分子的有机无机纳米复合材料的相关研究，重点探讨了无机基体材料为AIE分子提供“环境引发的聚集态”这一行为。
相关报道： 唐本忠院士团队：基于聚集诱导发光分子的有机无机纳米复合材料 1.5 Mater.Horiz.：原位纳米晶制备的新策略——光诱导结晶荧光增强 常见的光激活行为通常是由光化学过程主导的，可能会带来不必要的能量耗散或不可逆性受损。相比之下，光物理主导的光激活过程显得较有优势，但是材料实例鲜有报道。近期，唐本忠院士团队王志明研究员课题组提出一种基于AIE思想且光物理过程主导的新型光激活材料实例---光诱导结晶荧光增强(PICEE)。该工作采用四苯基乙烯（TPE）骨架制备成异喹啉的有机盐衍生物（TIOdB），除了具有显著的AIE现象外，其在低功率连续光照射下，其在溶液中的荧光强度大幅度增强。在光激发下，激发态的TIOdB分子构象发生了变化，导致其通过分子间的强相互作用形成更加规整有序的排列，如纳米晶体或更大更紧密的聚集体。其在高质量生物光激活荧光成像和诊疗中具有非常大的应用前景。PICEE过程可以为设计原位形成纳米晶体和开发更多具有新的光激活机制的多功能材料提供一种新的策略。
相关报道： 华南理工大学唐本忠院士/王志明研究员《Mater.Horiz.》：原位纳米晶制备的新策略——光诱导结晶荧光增强 1.6 AM：光点亮型薄膜荧光材料 固态光响应荧光变色（PRL）材料的耐久性和可逆性因固态光反应需要足够的自由空间而受到限制。此外，大多数已开发的PRL体系对可见光(400-700nm)的照射极为敏感。最近，唐本忠院士团队报道了一种新型的PRL有机材料TPE-4N，它具有灵敏和可逆的荧光开关特性。通过快速光触发和热退火可以方便地调节TPE-4N的开关型发光特性。TPE-4N薄膜具有优异的PRL性能：高对比度（>102）、良好的透光率（>72.3%）以及在室内光下长达数月的耐用性和可逆性。因此，具有如此PRL特性的有机薄膜可被应用于隐形防伪、高分辨动态光信息存储等高科技场景中。
相关报道： 唐本忠院士团队《AM》：开出一种新型光点亮型薄膜荧光材料！ 1.7 Nature Reviews Materials：基于有机聚集体的室温磷光 聚集诱导发光给有机磷光带来了一场概念上的革命，并为分子和聚集体的研究架起了桥梁。聚集体的室温磷光（RTP）的研究已取得很大进展。最近，唐本忠院士和哈尔滨工业大学（深圳）何自开副教授分析了与三重态激子相关的关键光物理过程，包括系间窜越、辐射和非辐射衰变以及猝灭过程，阐明了三重态激子的内在结构-性能关系，得出了清晰、完整的设计原则。讨论了发展高效持久室温磷光体系的策略，并着重介绍了基于这些材料的新应用。
相关报道： 唐本忠院士/哈工大何自开《自然·综述：材料》：有机室温磷光材料设计指导手册 1.8 ACS Nano：通过倾斜旋转薄膜即可选择性收集手性CPL信号 圆偏振发光(CPL)材料由于在不对称催化，加密，信息存储以及光学显示等方面具有巨大的应用潜力而引起了人们广泛的兴趣。然而，由于繁琐的化学合成路径以及严格的手性转移过程，高效稳定的控制超分子组装体的CPL具有非常大的挑战。唐本忠院士，东华大学朱美芳院士以及成艳华博士团队报道了一种可以作为极化介质的晶态手性超分子薄膜，该薄膜包含径向扭曲排列的微晶，非手性的AIE发光团分子可以被限定在扭曲排列的微晶之间，最终通过简单的薄膜倾斜即可产生可以手动操作的CPL信号。
相关报道： 唐本忠院士/朱美芳院士合作《ACSNano》：通过倾斜旋转薄膜即可选择性收集手性CPL信号 1.9 Angew：荧光高分子水凝胶 荧光聚合物水凝胶（FPHs）是一种具有可调发光特性的三维交联亲水性聚合物网络，是一种新兴的发光材料。FPHs以高度水溶胀的准固态存在，因此呈现出许多有前途的固体和溶液性质。其交联的三维亲水网络可显著促进物质与周围水环境的交换，从而产生显著的荧光响应，特别适用于发光传感、显示、信息加密等领域。FPHs的软和湿特性通常会使与细胞的非特异性相互作用最小化，突出其潜在的生物相关应用，如生物成像和诊断。如果交联聚合物网络具有功能基团，能够实现刺激响应的体积、形状和荧光变化的智能FPH，将进一步扩大其在仿生致动器甚至软机器人领域的应用。最近，唐本忠院士和中科院宁波材料所陈涛、路伟研究员深入综述多色荧光聚合物水凝胶（MFPH）领域的最新进展，特别关注不同的构建方法和重要的示范应用。讨论了当前MFPH面临的挑战和未来的展望。
相关报道： 《德国应化》综述：荧光高分子水凝胶中的多彩世界 2 生物成像与治疗 2.1 ACS Nano：仿自然杀伤细胞AIE纳米机器人 脑胶质瘤被认为是最恶性的肿瘤之一。借鉴终结者仿生机器人的设计理念，最近，唐本忠院士和深圳先进技术研究院蔡林涛研究员、张鹏飞副研究员和龚萍研究员采用自然杀伤（NK）细胞膜包裹具有近红外二区荧光性质的聚集诱导发光（AIE）有机半导体骨骼材料，制造出NK细胞仿生AIE纳米机器人，并且将其应用于脑胶质瘤诊断与治疗。通过NK细胞膜与血脑屏障上的细胞特异性相互作用而打开血脑屏障，以帮助自己穿越血脑屏障；同时，利用NK细胞膜与肿瘤细胞膜表面受体的特异性识别在跨越血脑屏障后富集到脑胶质瘤细胞内，实现高信噪比脑部肿瘤近红外荧光成像。此外，该NK细胞仿生纳米机器人在近红外光照射下产生的热效应极大地抑制了肿瘤的生长。
相关报道： 唐本忠院士团队《ACSNano》：脑肿瘤“终结者”——仿自然杀伤细胞AIE纳米机器人 2.2 ACS Nano：AIE纳米粒子用于双光子成像和肿瘤局部复合治疗 光动力疗法（PDT）是一种典型的肿瘤治疗策略，具有最小的侵入力、良好的特异性和可忽略的耐药性。但是传统有机染料的活性氧（ROS）产率一直很低。最近，唐本忠院士、南方科技大学蒋兴宇教授和国家纳米科学中心郑文富副研究员在提出了脂质包裹的聚集诱导发射纳米颗粒（AIENPs），在近红外光（800nm）照射下具有高量子产率（23%）和最大双光子吸收（TPA）截面为560GM。在小鼠黑色素瘤模型上，AIE-NPs可作为肿瘤组织时空成像的显像剂，其穿透深度可达505μm。AIE-NPs可用于光动力学肿瘤消融，在800nm的照射下同时产生单线态氧（1O2）和剧毒羟基自由基（·OH）。另外，经过影像学和治疗后，AIE-NPs可以有效地从小鼠体内清除。该研究为开发高亮度、高光稳定性和高生物安全性的肿瘤图像引导PDT治疗剂提供了一种策略。
相关报道： 唐本忠院士/蒋兴宇/郑文富《ACSNano》：AIE纳米粒子用于双光子成像和肿瘤局部复合治疗 2.3 ACS Nano：提高荧光团的亮度，用于超过1500nm的生物成像 有机荧光材料的亮度决定了它们在荧光显示和检测中的分辨率和灵敏度。但是，目前仍然没有有效提高亮度的策略。传统的平面π共轭分子具有出色的光物理性质，但由于π-π相互作用而产生ACQ现象。相反，扭曲的分子总体上显示出高的光致发光量子产率（φPL），而这是以共轭的破裂为代价而产生吸收。因此，将强吸收性和高固态φPL整合到一个分子中具有挑战性。基于以上问题，浙江大学的钱骏教授和唐本忠院士合作，提出了一种分子设计策略：通过将平面结构结合到扭曲的骨架中来提高荧光亮度。具有扭曲小分子的较大的π共轭二噻吩并噻吩单元TT3-oCB在NIR-IIb显示极高的亮度。对于表观宽度仅为0.04 mm的股血管，使用TT3-oCB纳米粒子可实现改善的NIR-II b图像分辨率。通过头骨的显微NIR-IIb成像，脑血管的高倍镜给出了约3.3μm的表观宽度。此外，可以非常清晰地识别出位于膀胱等深处的内部器官 。
相关报道： 浙大钱骏教授/港科大唐本忠院士合作:提高荧光团的亮度，用于超过1500纳米的生物成像 2.4 AM：AIE近红外化学发光材料用于深部组织成像 荧光成像由于具有高灵敏性和分辨率的优点被广泛应用于生物组织实时成像，然而其组织穿透深度受到激发光穿透深度有限的限制和生物组织背景荧光的干扰。由于无需外源激发光照射，化学发光材料在深度组织穿透成像领域具有潜在的优势。Luminol作为常用的化学发光团被广泛应用于分析检测领域，但是其蓝色化学发光的组织穿透能力差，因此开发近红外化学发光材料在深度组织成像领域具有重要意义。近期，唐本忠院士团队与华中科技大学罗亮教授团队合作开发了具有聚集诱导发光（AIE）效应的近红外化学发光材料TBL，其近红外化学发光可以穿透3厘米厚度的生物组织，并且能够区分肿瘤组织和正常组织，在深部生物组织成像、原位癌症诊断和手术治疗领域都体现出良好的潜在应用前景。
相关报道： 唐本忠院士/罗亮教授《AM》：穿透3厘米！AIE近红外化学发光材料用于深部组织成像 2.5 Angew：光热转换效率22.36%的AIE核壳纳米纤维 能够吸收光能并将其转化为热量的光热纳米纤维，广泛应用于太阳能蒸汽发电、智能服装、热管理和癌症治疗等领域。然而，纤维的光热效率不足，不能满足实际需求。最近，唐本忠院士和深圳大学王东副教授通过对聚集诱导发射（AIE）原理的逆向思考，采用同轴静电纺丝法，以AIE活性分子的橄榄油溶液为核心，以PVDF-HFP为壳层，制备了核壳型纳米纤维。活性分子的分子溶解状态使其在光激发下能够在纳米纤维中自由旋转和/或振动，从而显著提高了非辐射能量耗散的比例，光热转换效率可达22.36%，是非核壳型纳米纤维的26倍。这种核壳纤维可用于光热纺织品和由自然光诱导的太阳能蒸汽发电。
相关报道： 唐本忠院士/王东副教授《Angew》：光热转换效率22.36%！神奇的AIE核壳纳米纤维 2.6 Angew：仿外泌体的可逆融合-分裂行为 外泌体是指与细胞间信号传导和物质转运密切相关的纳米级胞外囊泡。细胞间通讯过程中通常涉及一个细胞释放新囊泡的分裂过程和另一个细胞吞噬的融合过程，而这两个过程在活细胞器中通常是可逆和可控的。然而，由于外泌体的复杂组成和细胞环境，关于融合和分裂过程的膜行为的知识及其调控因素仍然很少。这一障碍激发了具有与外泌体相似结构和分裂融合行为的人工囊泡的发展。最近，唐本忠院士和深圳大学王东副教授、北京大学阎云研究员提出了具有氧化还原调节的可逆融合-分裂功能的人工超分子囊泡。这些囊泡在氧化时趋向于融合在一起形成大尺寸的囊泡，通过还原大囊泡分裂回到小尺寸的囊泡。超分子构建块的聚集诱导发射（AIE）特性使荧光技术能够监测囊泡转化过程中的分子构型。此外，所提出的囊泡是将siRNA转移到癌细胞的极好的纳米载体。
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来源：高分子科学前沿
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发布时间：2021-03-14 14:31:20 来源：头条网 |
