南科大生物醫學工程系李凱團隊在《德國應用化學》發表平面型AIEgens最新研究成果

科研新聞 | 2020-03-10

? ? ? ?近日，南科大生物醫學工程系副教授李凱團隊在平面型AIEgens（聚集誘導發光劑）固態發光的增強效應研究及其在多重耐藥菌感染的治療領域的應用取得最新進展。研究成果以“平面型AIEgens光敏劑的設計及其在治療多重耐藥菌感染中的應用（Planar AIEgens?with Enhanced Solid-State Luminescence and ROS-Generation for Multidrug-Resistant Bacteria Treatment）”為題發表于化學類國際頂尖期刊《德國應用化學》(Angewandte?Chemie?International Edition，IF:12.257)。

? ? ? ?熒光材料由于其在光電子學和生物醫學工程領域中的巨大潛力而備受關注。雖然AIEgens的開發極為有效地解決了傳統熒光材料聚集誘發的熒光猝滅（ACQ）問題，但平面型AIEgens的開發仍然不足，主要瓶頸是平面熒光材料分子間極易發生π-π堆積而難以克服固有的ACQ現象。因此，尋找簡單有效的增強平面型AIEgens的固體發光方法，為其廣泛應用奠定基礎，顯得尤為重要。

氟取代平面型AIEgens的設計策略

? ? ? ?在這項工作中，課題組設計并合成了三對平面型AIEgens，基于激發態雙鍵重整（ESDBR）效應的理論基礎對其光物理性質進行了詳細研究。研究結果表明，通過在芳香環中引入氟取代基，分子間氫鍵作用可以有效限制在聚集態環境中的分子運動，抑制其非輻射躍遷，進而顯著提升了AIEgens的聚集態量子產率。研究結果還表明，該類平面型AIEgens激子可以有效地失活到基態，并且與粘度響應具有一定的關聯性。此外，該類AIEgens具有隨著聚集而提升的AIE（聚集誘導發光）性能，同時可以有效促進活性氧簇的生成能力。

DMA-AB-F和F-AB-DMA兩種平面型AIEgens的紫外-可見光和熒光光譜

? ? ? ?課題組進一步將該類平面AIEgens材料作為光敏劑，探索其在多重耐藥菌感染的光動力治療中的效果。在體外實驗中，DMA-AB-F分子顯示出對多重耐藥大腸桿菌及耐甲氧西林金黃色葡萄球菌的良好殺傷效果。在體內實驗中，課題組建立了標準的小鼠三級燒傷感染模型來評估材料的滅菌效果。結果顯示，經過光動力治療的傷口恢復情況顯著優于對照組，光動力實驗組樣本的細菌數量也顯著少于對照組。因此，體外和體內實驗證明DMA-AB-F作為AIE光敏劑具有優異的光動力抗菌療效。

體外抗菌效果圖

在體抗菌效果圖

? ? ? ?在這項研究中，課題組僅需通過氟原子的取代，就可有效利用分子內氫鍵作用來限制分子的運動、增加發光單元的晶體密度，從而使非輻射衰變速率降低一個數量級，開發出高固態量子產率的平面型AIEgens。同時，課題組利用該材料聚集誘導活性氧簇生成的特性，成功證明該類平面型AIEgens有用于治療多重耐藥細菌感染的潛力。

? ? ? ?李凱課題組研究副教授倪偵翔博士介紹，本研究提出的增強平面型AIEgens固態量子產率的設計策略，不同于傳統引入大分子基團作為旋轉單元（如四苯基乙烯、三苯胺）的策略，有效突破了AIEgens的設計瓶頸，為開發更多平面型AIE光敏劑并用于生物醫學領域提供了更多選擇。