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基于AIE发光体的荧光纳米颗粒的制备及其在生物成像中的应用

期刊:Materials HorizonsDOI:10.1039/c6mh00060f

这篇文档属于类型b,是一篇发表在*Materials Horizons*期刊上的综述论文,由Sijie Chen、Hong Wang、Yuning Hong和Ben Zhong Tang共同撰写。文章系统总结了基于聚集诱导发光(Aggregation-Induced Emission, AIE)发光体的荧光纳米颗粒(AIE dots)的制备方法及其在生物成像中的应用。以下是主要内容的分点阐述:


作者及发表信息

本文通讯作者为香港科技大学的Ben Zhong Tang教授团队,合作单位包括澳大利亚墨尔本大学等机构。论文于2016年通过英国皇家化学学会(Royal Society of Chemistry)的同行评审并在线发表,DOI编号为10.1039/c6mh00060f。


主题与背景

主题:AIE dots的构建策略及其在生物成像中的优势与应用。
背景
1. 荧光成像的挑战:传统荧光探针(如量子点QD和有机染料)存在聚集导致淬灭(Aggregation-Caused Quenching, ACQ)、光稳定性差或生物毒性等问题。
2. AIE现象的突破:AIE发光体(AIEgens)在单分子状态下不发光,但在聚集态下发光增强,这一特性解决了ACQ问题,为高亮度、高稳定性的荧光纳米颗粒设计提供了新思路。


主要观点与论据

1. AIE dots的构建策略

非共价结合法
- 自组装:部分疏水性AIE分子(如silole-N)可直接在水中形成纳米颗粒(图3a)。
- 封装技术:通过两亲性分子(如脂质-聚乙二醇DSPE-PEG或蛋白质BSA)包裹AIEgens,形成核壳结构纳米颗粒(图3b-c)。例如,TTD-BSA dots通过脱溶剂化法制备,粒径约100 nm。
共价结合法
- 化学偶联:将AIEgens通过反应性基团(如异硫氰酸酯-NCS)与生物聚合物(如壳聚糖CS)共价连接,形成稳定的纳米颗粒(图3d)。
- 聚合物骨架整合:例如,通过溶胶-凝胶反应将硅氧烷功能化的AIE分子(如silole-APS)与正硅酸乙酯(TEOS)结合,制备二氧化硅基AIE dots(图3e)。

支持证据
- 实验数据表明,共价结合的AIE dots染料负载量可控且不易泄漏,例如TPE-CS dots的荧光强度随标记比例增加而显著提升。


2. AIE dots的功能化

靶向性增强
- 预修饰:在封装材料中引入靶向分子(如叶酸folate),通过纳米沉淀法直接制备靶向性AIE dots(图4a)。
- 后修饰:通过表面氨基与生物素(biotin)或HIV-1 Tat肽的偶联,实现肿瘤或细胞的特异性标记(图4b-c)。

多功能化
- 双模态成像:例如,通过氨基和马来酰亚胺双功能化脂质-PEG,将荧光AIE分子(TTF)与磁共振成像(MRI)试剂钆(Gd)结合,制备荧光-磁性双功能探针(图4d)。
- 磁-荧光核壳结构:以Fe3O4为核、AIE-SiO2为壳的纳米颗粒兼具强荧光和磁响应性(图4e)。

支持证据
- Tat-Gd-AIE dots的T1弛豫率(r1)高于商用对比剂Dotarem,证实其MRI增强潜力。


3. AIE dots的生物成像应用

细胞成像与追踪
- 细胞标记:如silole-N可穿透细胞膜,在胞质中形成高亮度簇状信号(图5a);TPE-TPP纳米聚集体可特异性标记线粒体并实现长时程成像(图5b)。
- 细胞追踪:双色AIE dots(如绿色发射的BTPETD dots和红色发射的TTF dots)可同时追踪不同细胞群的相互作用(图5d)。在体实验中,TTF dots标记的干细胞在小鼠体内可追踪长达42天,远超商用QD探针的7天(图5e)。

血管与肿瘤成像
- 双光子成像:BTPTEBT dots的穿透深度达100 μm,能清晰显示小鼠脑部微血管(图6a);TTF dots可实现300 μm深度的血管三维重构(图6b)。
- 肿瘤靶向:TTD-BSA dots通过增强渗透滞留(EPR)效应在肿瘤部位富集,信噪比显著高于正常组织(图7b)。

支持证据
- 在光动力治疗(PDT)中,CRGD-TTD dots可选择性靶向αvβ3整合素阳性肿瘤细胞,并在光照下产生活性氧(ROS),诱导细胞凋亡(图8a)。


4. 多模态成像与诊疗一体化

荧光-MRI双模态:Tat-Gd-AIE dots兼具细胞标记能力和MRI信号增强功能(图8b)。
诊疗一体化:如TPE-2Gd纳米聚集体在血液循环时间延长(1小时),适用于肝部病灶鉴别(图8c)。


论文的价值与意义

  1. 科学价值:系统总结了AIE dots的设计原则和功能化方法,为高性能荧光探针的开发提供了理论框架。
  2. 应用价值:AIE dots在细胞追踪、血管成像、肿瘤诊疗等领域展现出显著优势,尤其在长时程、高对比度成像中具有不可替代性。
  3. 创新性
    • 提出利用AIE效应解决传统探针的ACQ和光稳定性问题;
    • 开发了多种功能化策略(如双模态探针、靶向-诊疗一体化设计)。

亮点总结

  1. 材料特性:AIE dots的荧光量子产率显著高于传统QD(如TTD固态量子产率达52.5%)。
  2. 方法创新:共价/非共价结合法兼顾稳定性和灵活性,双功能修饰拓展了多模态应用场景。
  3. 应用广度:从亚细胞器成像到在体肿瘤诊疗,覆盖了生物医学研究的多个关键需求。

这篇综述不仅梳理了AIE dots的研究进展,还为未来开发新型生物成像探针指明了方向,尤其在精准医学和实时监测领域具有重要参考价值。

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