香港科技大学唐本忠院士团队与中科院化学所王树研究员：基于AIE分子构建一系列荧光传感器阵列用于快速准确鉴定病原菌
目前全球每年由病原菌引起的感染病例高达3亿以上，严重威胁人类的生命健康。但是由于快速、准确检测手段的缺乏，不仅导致不恰当药物处方的使用，延误病情；而且导致抗生素的乱用，这将进一步加剧细菌耐药性。据美国疾病控制中心（CDC）预测，至2050年，全球每年由抗生素耐药性感染引起的死亡人数将达到1000万。因此，迫切需要发展一种简单、准确的检测方法。聚集诱导发光材料（AIEgens），因其具有光稳定性好、荧光背景低、免洗等优点，可以极大提高检测灵敏度和准确性，能够很好满足理想荧光传感器的要求。近年来，已有报道利用AIEgens构建荧光传感器阵列来检测病原菌，但是准确率和简单性仍无法满足要求。因此，如何合理设计AIEgens来扩大病原菌荧光响应信号之间的差异，实现准确检测，同时简化传感器阵列仍然存在大的挑战。近日，香港科技大学唐本忠院士团队与中科院化学所王树研究员基于AIE分子构建了一系列简单的荧光传感器阵列，通过多价相互作用实现对病原菌的快速准确鉴定。相关研究成果发表于Adv. Funct. Mater.（DOI: 10.1002/adfm.201805986）。
在此工作中，作者在经典AIE活性基团四苯乙烯上以烷氧基链作为连接基团引入疏水性存在明显差别的季铵盐，得到一系列具有精确调节亲疏水性的AIE分子TPE-ARs，伴随其正辛醇/水分配系数（ClogP）从3.426到6.071，来调控AIE分子与病原菌间的多价相互作用。同时，由于这些TPE-ARs亲疏水性存在微妙差异，其呈现出多样的聚集行为，这进一步丰富了其与不同病原菌间的多价相互作用（图2），放大了病原菌特征荧光响应信号之间的差异，实现对病原菌的准确鉴定（图1），为成功构建传感器阵列提供了前提。
图1. TPE-ARs构筑的荧光传感器用于病原菌检测示意图
（来源：Adv. Funct. Mater.）
图2. TPE-ARs与不同病原菌相互作用
（来源：Adv. Funct. Mater.）
随着TPE-ARs分子ClogP的增加，根据荧光响应信号的差异，TPE-ARs可以分为A、B、C三组。在平衡荧光响应多样性和荧光传感器简单性的前提下，作者将具有明显荧光响应差异的三组TPE-ARs进行优化组合，成功构建了14个准确率达到100%的荧光传感器阵列，每个由三个TPE-AR分子组成（图3）。
图3. TPE-ARs对不同病原菌的荧光响应
（来源：Adv. Funct. Mater.）
由于TPE-ARs与病原菌间不同的多价相互作用，每个传感器阵列都可以为不同的病原菌提供特征的荧光响应图谱。作者通过数学统计方法LDA识别得到了荧光图谱，实现了对七种病原菌的有效鉴定，根据该图谱甚至可以区分正常菌和耐药菌，准确度接近100％（图4）。另外，该传感器阵列也同样适用于检测病原菌混合物（图5）。
图4. TPE-ARs传感器阵列通过LDA分析识别不同病原菌
（来源：Adv. Funct. Mater.）
图5. TPE-ARs传感器阵列通过LDA识别不同病原菌混合物
（来源：Adv. Funct. Mater.）
结论：本工作基于AIE分子成功构建了一系列简单准确的荧光传感器阵列。通过精细调控AIE活性基团的亲疏水性和聚集行为，扩大了病原菌特征荧光响应信号图谱间的差异，基于多价相互作用有效实现对不同病原菌的高效鉴定。而且，该传感器阵列具有快速、高通量、免洗等优点，具有为临床提供及时可靠病原菌信息的巨大潜力。
这一成果近期发表在Adv. Funct. Mater.（DOI: 10.1002/adfm.201805986）上。该论文作者：Chengcheng Zhou, Wenhan Xu（共同一作）, Pengbo Zhang, Meijuan Jiang, Yuncong Chen, Ryan T. K. Kwok, Michelle M. S. Lee, Guogang Shan, Ruilian Qi, Xin Zhou, Jacky W. Y. Lam, Shu Wang,* and Ben Zhong Tang*。
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Chem. Sci.：香港科技大学唐本忠院士团队提出从自然界寻找AIE材料的新策略·END·
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