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聚集誘導發(fā)光材料（AIEgens）只在聚集狀態(tài)下發(fā)光，已被廣泛應用于生物成像和疾病檢測。然而傳統(tǒng)AIE熒光探針在生物體內(nèi)的成像特異性不佳。這是因為，生物細胞中同時存在水溶性和脂溶性環(huán)境，而傳統(tǒng)AIE熒光染料通常僅在單一環(huán)境中溶解良好，但在另一種環(huán)境下極易聚集并發(fā)光，產(chǎn)生背景噪音或假陽性信號。
最近，華東理工大學朱為宏教授團隊（王琪副教授、朱志榮博士生等）在《國家科學評論》（National Science Review，NSR）發(fā)表研究論文，提出了“雙親性AIE”設計策略，并設計合成了成像效果良好、信噪比超高的內(nèi)質(zhì)網(wǎng)探針QM-SO3-ER。
（A）市售內(nèi)質(zhì)網(wǎng)探針。（B）雙親性AIE探針的設計和成像示意圖。
特殊的雙親性質(zhì)使該熒光分子在水性環(huán)境和脂性環(huán)境中同時具有良好的分散性，在到達靶向位點前，不會發(fā)生非特異性聚集；直至到達靶向位點后，才會通過分子內(nèi)運動受限（RIM）作用，特異性熒光點亮。
為設計雙親性AIE探針，作者對該課題組早期構(gòu)建的AIE母體喹啉腈（QM）進行改性：在QM衍生物QM-OH上引入親水磺酸基團，以提高探針的水溶性；并引入含有雜原子的磺胺基團（具有內(nèi)質(zhì)網(wǎng)靶向能力），以提高分子的親脂性和靶向性。同時，雜原子的存在使得探針分子能夠在水溶液中與水分子形成分子間氫鍵，在一定程度上也能提高探針的溶解性。最終，成功構(gòu)建了雙親性AIE分子QM-SO3-ER。
（上排）不同溶劑-水、甘油體系中QM-SO3-ER (10 μM)的發(fā)射光譜(λex = 447 nm)。(下排) QM-SO3-ER的I/I0隨著水含量的變化。
如上圖所示，QM-SO3-ER在多種有機-水體系中均具有極好的分散性，表現(xiàn)出無熒光狀態(tài)。只有處于高粘度的環(huán)境（甘油）中時，才由于分子運動受限而表現(xiàn)出特征熒光。
QM-SO3-ER雙親性探針可以特異性結(jié)合位于內(nèi)質(zhì)網(wǎng)上的鉀離子通道蛋白，實現(xiàn)超高信噪比的內(nèi)質(zhì)網(wǎng)成像。同時，該探針還具有優(yōu)異的光穩(wěn)定性、生物相容性以及免洗的成像效果。
雙親性AIE探針QM-SO3-ER與鉀離子通道蛋白（KATP）的分子對接模擬計算以及與市售探針ER-tracker Red 的共定位成像。
雙親性AIE的設計策略有效解決了當前AIE探針在生物成像領域的瓶頸問題，為AIE生物探針的設計提供了新的思路和方向。
上述研究工作得到了田禾院士的悉心指導，獲得了材料生物學與動態(tài)化學教育部前沿科學中心、費林加諾貝爾科學家聯(lián)合研究中心、國家重點研發(fā)計劃、國家自然科學基金面上項目，上海市浦江人才計劃等項目的支持。
文章信息：
Trapping endoplasmic reticulum with amphiphilic AIE-active sensor via specific interaction of ATP-sensitive potassium (KATP) https://doi.org/10.1093/nsr/nwaa198
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