近日，南京林業大學蔡旭敏和香港中文大學（深圳）唐本忠、汪文錦，利用松香基天然電子受體構建了具有扭曲分子內電荷轉移（TICT）特性的林木生物基聚集誘導發光（BioAIE）材料，并實現了其在智能防偽和溶酶體靶向成像中的雙重功能。相關成果以“Facile Engineering of A Rosin-Derived Natural Electron Acceptor toward Twisted Intramolecular Charge Transfer Active BioAIE Materials with Dual Functionalities”為題發表于《Advanced Functional Materials》。
經過25年的不斷研究，聚集誘導發光（AIE）材料研究方向收獲了極大的發展。然而，這類材料也逐漸呈現出骨架結構相對單一、原料不可再生性和不可持續性等問題。天然生物質材料因其優異的可再生性、生物相容性和獨特的骨架結構，在AIE材料領域展現出巨大的創新發展潛力。本文以含量豐富的林木生物質松香為原料，借鑒AIE材料分子設計策略，定向轉化為結構可設計、性能可調控的林木生物基聚集誘導發光（BioAIE）材料，既可以給AIE材料研究提供新型的天然骨架，同時也可以拓寬林木生物質的創新利用價值。
近期，蔡旭敏等以豐富的可再生天然資源松香為原料，衍生化制備了天然電子受體脫氫樅酸-喹喔啉（DAQx），并引入強給電子基團三苯胺（TPA），成功構建了一系列D-A型松香基BioAIE材料（DAQx-BzBr, DAQx-BPBr, DAQx-BPCN）。通過調控DAQx受體的共軛程度和吸電子能力，實現了其光物理性質的優化。結果表明，這一類D-A型BioAIE材料表現出顯著的溶劑刺激響應行為，能夠實現智能防偽。同時，這類BioAIE材料得益于天然DAQx骨架固有的生物相容性，實現亞細胞器的靶向成像（圖1）。
圖1. 脫氫樅酸基D-A型多功能材料的分子設計及智能防偽加密和生物成像應用
研究揭示了分子結構（電子受體共軛程度、吸電子能力）與光物理性能的構效關系：增加受體共軛和引入強吸電子基團，可顯著增強分子內電荷轉移（ICT）程度和溶劑效應（圖2）。此外，研究表明，調節電子受體能夠有效地調節分子間相互作用，進而改變聚集結構，最終影響發光效率？傊，分子結構和聚集結構共同決定了D-A體系的光物理性質。
圖2. DAQx系列分子在不同極性有機溶劑中的溶劑致變色效應
DAQx系列材料所具備的溶劑致變色特性，使其在智能防偽加密領域彰顯出巨大的應用潛力。研究團隊將其負載于硅膠上，利用不同極性溶劑蒸氣進行熏蒸，可逆地實現豐富且對比鮮明的熒光顏色變化。并基于此，更進一步地構建了溶劑誘導的3D碼動態信息轉換系統（圖3）。
圖3. DAQx系列分子的動態信息加密-解密應用
同時，得益于天然松香脂環賦予的固有生物相容性，具有發射紅光行為的DAQx-BPCN被成功應用于生物成像（圖4）。細胞毒性（MTT）實驗證實，在高達100 μM濃度下，DAQx-BPCN對HeLa和HEL-1細胞均表現出優異的生物相容性（存活率>90%）。共聚焦顯微鏡成像及亞細胞器共定位實驗表明，DAQx-BPCN能被HeLa細胞有效攝取，并顯示出優異的溶酶體靶向能力。
圖4. DAQx-BPCN的溶酶體成像
本文第一作者為南京林業大學碩士研究生武彥臣、共同第一作者為香港中文大學（深圳）碩士研究生辛卓陽和南京林業大學藺玉婷博士，通訊作者為南京林業大學蔡旭敏副教授，共同通訊作者為香港中文大學（深圳）唐本忠教授和汪文錦副研究員。本研究獲得了國家自然科學基金（21601087和52333007）、江蘇省自然科學基金（BK20231296）和廣東省分子聚集發光重點實驗室開放基金（2023B1212060003）等項目資助。
論文題目：Facile Engineering of A Rosin-Derived Natural Electron Acceptor Toward Twisted Intramolecular Charge Transfer-Active BioAIE Materials with Dual Functionality
論文作者：Yanchen Wu, Zhuo-Yang Xin, Yuting Lin, Shilong Yang, Zheng Zhao, Wen-Jin Wang,* Ben Zhong Tang,* and Xu-Min Cai*
原文鏈接：https://advanced.onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/adfm.202508618
作者簡介
蔡旭敏，南京林業大學副教授，江蘇省“雙創博士”，國家“雙一流”專業林產化工系副主任，于南京大學和慕尼黑工業大學獲碩士和博士學位。主要從事林木生物基聚集誘導發光（BioAIE）材料的跨學科研究。近3年內以通訊/第一作者在Nat Commun, Natl Sci Rev, Innovation，Adv Funct Mater, Adv Sci, Aggregate等期刊發表論文30余篇，主持國家自然科學基金、江蘇省自然科學基金及廣東省重點實驗室開放基金等。獲JMCC新銳科學家、江蘇省林學會科學技術獎、江蘇省低碳協會科學技術獎、Aggregate高被引學者稱號和Aggregate期刊優秀編委獎等。任The Innovation期刊、Aggregate期刊和《生物質化學工程》等期刊青年編委。課題組鏈接：
https://www.x-mol.com/groups/cai_xumin
汪文錦，香港中文大學（深圳）附屬第二醫院副研究員，博士畢業于中山大學化學生物學專業，隨后加入香港中文大學（深圳）附屬第二醫院唐本忠院士團隊進行博士后研究。已在Nat. Photonics、J. Am. Chem. Soc.、Angew. Chem. Int. Ed.、Nat. Commun.、Natl. Sci. Rev.、Innovation、Adv. Sci.、Aggregate、Biomaterials、Small.等期刊發表論文40余篇。主持國家自然科學、中國博士后面上項目、深圳市醫學研究專項（青年項目）項目。入選深圳市優秀博士后。主要從事新型抗腫瘤材料的開發與抗腫瘤機理、聚集誘導發光（AIE）材料的生物應用及臨床應用轉化研究。
唐本忠教授，1982年獲華南理工大學學士學位，1985年、1988年先后獲日本京都大學碩士、博士學位。曾在多倫多大學從事博士后研究、日本NEOS公司中央研究所任高級研究員。1994–2021年在香港科技大學工作。2009年、2017年、2020年先后當選中國科學院院士、亞太材料科學院院士、發展中國家科學院院士。2021年加入香港中文大學（深圳）擔任理工學院院長、校長學勤講座教授。主要從事高分子化學和先進功能材料研究。在聚集誘導發光（Aggregation-Induced Emission, AIE）這一化學和材料前沿領域取得了原創性成果，是AIE概念的提出者和AIE研究的引領者。已發表學術論文2,000多篇，總引用超200,000次，h因子為205。在學術會議上作了500多場邀請報告，擁有100多項授權專利，F任德國Wiley出版社發行的Aggregate《聚集體》雜志主編以及20多家國際科學雜志顧問、編委或客座編輯等。2014年至今連續當選全球材料和化學雙領域“高被引科學家”。2007年獲Croucher基金會高級研究員獎，2012年獲美國化學會高分子材料科學與工程分會MACRO講座獎，2014年獲伊朗國家科技部頒發的Khwarizmi國際獎，2015年獲廣州市榮譽市民稱號，2017年獲國家自然科學一等獎、何梁何利基金科學與技術進步獎，2021年獲Nano Today國際科學獎，2023年獲Biomaterials全球影響力獎，2024年獲中國化學會–中國石油化工股份有限公司化學貢獻獎。
