唐本忠院士和赵征教授综述：聚集诱导发光天然产物——从发现到其多功能应用

近日，香港中文大学（深圳）理工学院唐本忠院士团队赵征教授受邀在《中国科学：化学》发表题为“聚集诱导发光天然产物： 从发现到其多功能应用”的综述。

01

期刊简介

《中国科学: 化学》（中文版）和Science China Chemistry（英文版）是由中国科学院和国家自然科学基金委员会共同主办的综合性化学期刊，致力于快速报道化学科学及相关交叉领域的最新研究成果、最新研究进展及发展趋势等。《中国科学: 化学》中文刊被中文核心期刊要目总览、Scopus、化学文摘、中国科学引文数据库、中国期刊全文数据库、中国科技论文与引文数据库等收录。作为《中国科学》系列期刊之一，发展定位是立足中国，加强对国内化学领域重大事件及重要科技进展的报道。

文章下载链接：

http://engine.scichina.com/doi/10.1360/SSC-2022-0082

02

研究背景

中国研究中药的历史悠久，东汉以前的《神农本草经》就记载了从天然产物中提取中药成分的过程，随着大规模种植和现代提取技术的发展，开发了许多食品和药物管理局批准的天然药物, 如青蒿素、黄连素、姜黄素等多种中药制剂。但它们的荧光特性，特别是它们的聚集诱导发光（AIE）活性鲜有研究。基于天然产物类荧光染料的众多优点，从自然资源中探索具有生物相容性的 AIE材料, 将 AIE材料优异的发光性能与天然产物的高生物相容性、无需化学合成、可降解性、水溶性、以及药物活性等特点相结合，对于推动光功能新材料的创制、天然产物药物活性的机理研究、AIE材料的临床应用等具有重要意义。因此本文根据结构特点对近几年报道的AIE天然产物进行分类总结, 列举代表性天然产物 AIEgen 的结构，其AIE现象背后的发光机理，以及其在生物化学传感、细胞成像和体内成像方面的应用。我们期望通过对天然产物类AIEgen相关研究的系统总结，激发人们对天然产物类AIE材料的关注。尤其希望能够引发研究者思考如何利用荧光手段去示踪天然药物在体内的作用机制，开发天然产物AIEgen在生物成像和医学诊疗中的创新应用。

03

研究内容

该综述首先总结了聚集诱导发光的机理，目前最为广泛接受的机理是分子运动受限（RIM）机制，唐本忠教授团队详细研究了分子内运动受限（RIMintra）机理和分子间运动受限（RIMinter）机理。除了RIM之外，也有其他关于AIE现象的机理讨论，如扭曲分子内电荷转移（TICT），激发态分子内质子转移（ESIPT）等。在这些机理中, 其本质上仍是激发态的分子运动在起关键作用，与RIM机制并不冲突。

作者随后将天然产物按照次生代谢的生源途径分为生物碱、多酚类及其他植物化学化合物（如皂苷、 维生素类、 萜类等）, 重点阐述了它们的聚集诱导发光性质及其发光机理。生物碱如黄连素、黄藤素等主要通过RIM机制实现AIE效应，多酚类黄酮如槲皮素、杨梅素等具有激发态分子内质子转移（ESIPT）特性，与RIM机制共同作用实现了聚集诱导发光。其他皂苷及萜类化合物多是基于RIM机制的发光。

这些AIE天然产物具有良好的生物相容性、药理活性和低生物毒性，且比传统荧光探针具有更强的抗光漂白性和更高的信号可靠性，在离子检测、食品质量控制、环境监测及生物成像等领域的应用展现巨大的应用潜能，如槲皮素可用于三文鱼及水果等食品的质量监控与保鲜，黄连素等可选择性靶向细胞和活体肝组织中的脂滴，芒果苷、槲皮素等可用于体内肿瘤成像及治疗，表现明显的肿瘤诊断及杀伤作用。

04

结论与展望

该综述根据化学结构对具有聚集诱导发光性质的天然产物进行了分类介绍, 重点介绍了这些基于天然产物的聚集诱导发光材料的发光机理, 以及在离子监测、 食品质量控制、 细胞和活体成像、以及医学诊疗等方面的应用。尽管近几年文献报道了不少具有 AIE 性质的天然产物或药物, 但相对于自然界丰富的天然产物分子库, 具有 AIE 性质的天然产物分子仅占冰山一角, 相信仍有大量的具有 AIE 性质的天然产物有待发现和探索，如海洋天然产物、AIE天然产物的衍生物及非传统簇发光天然产物等，有望对新发光理论的提出及生物探针等领域带来突破。

05

作者简介

香港中文大学（深圳）唐本忠院士和赵征教授为本文通讯作者。

唐本忠，香港中文大学（深圳）理工学院院长、学勤讲座教授、中国科学院院士、发展中国家科学院院士、亚太材料科学院院士、国际生物材料科学与工程学会联合会“生物材料科学与工程Fellow”、英国皇家化学会会士、国家自然科学基金基础科学中心项目负责人，曾任广东省引进创新科研团队带头人、973计划项目首席科学家、国家自然科学基金重大项目负责人。现任中国化学会常务理事、华南理工大学和德国威利出版社（Wiley）联合期刊Aggregate主编、《中国科学：化学》副主编、《化学进展》副主编、Adv. Polym. Sci. （Springer）编辑等。在国内外顶尖杂志上发表论文1600余篇，他引十四万余次，h指数为169。曾先后获得多项荣誉及奖励，如国家自然科学一等奖（2017），Nano Today Award（2021）、何梁何利科学与技术进步奖（2017）、第27届夸瑞兹密国际科学奖（2014）、美国化学会高分子学术报告奖（2012）、国家自然科学二等奖（2007）、裘槎高级研究成就奖（2007）、中国化学会高分子基础研究王葆仁奖（2007）和爱思唯尔出版社冯新德聚合物奖（2007）等。

赵征，香港中文大学（深圳）理工学院助理教授，博导，国家高层次青年人才（海外），深圳市孔雀鹏城计划特聘岗C类人才、香港中文大学（深圳）校长青年学者。赵征教授于中国科学院上海有机化学研究所取得博士学位，后赴香港科技大学化学系进行博士后研究，2020年加入东南大学化学化工学院任教授开展独立研究工作，2021年加入香港中文大学（深圳）理工学院担任助理教授开展研究工作。近年来围绕激发态的分子运动调控，对 AIE 分子的发光机理、构-效关系以及功能性以及应用探索等进行了系统深入的研究，在提高 AIE 分子的电荷传输和发光效率、发展固态分子运动调控的策略、揭示激发态分子运动的本质等方面取得了一系列创新性的研究成果。已在Nat. Commun、Angew. Chem. Int. Ed、Matter、ACS Nano、Adv. Mater、Adv. Funct. Mater、Natl. Sci. Rev、Mater. Today、Chem. Sci.等国际顶级期刊发表论文70余篇，论文总计被引用4800余次，H-index为39。目前兼任科学出版社聚集诱导发光系列丛书编委，National Science Review杂志编委，Aggregate杂志顾问编委，Chinese Chemical Letters青年编委，National Science Review杂志客座编辑，Biomaterials杂志客座编辑，Chemosensor杂志客座编辑。

本文第一作者：刘丹博士

刘丹博士2021年博士毕业于东南大学化学化工学院，研究方向是热活化延迟荧光材料的设计合成及OLED器件性能研究。2021年加入香港中文大学（深圳）理工学院分子聚集体科学团队进行博士后研究。现在的研究方向是圆偏振天然产物及其衍生物性能研究与应用探索，以第一作者发表SCI论文9篇。

【推荐阅读】