近日，南京林业大学蔡旭敏和香港中文大学（深圳）唐本忠、汪文锦，利用松香基天然电子受体构建了具有扭曲分子内电荷转移（TICT）特性的林木生物基聚集诱导发光（BioAIE）材料，并实现了其在智能防伪和溶酶体靶向成像中的双重功能。相关成果以“Facile Engineering of A Rosin-Derived Natural Electron Acceptor toward Twisted Intramolecular Charge Transfer Active BioAIE Materials with Dual Functionalities”为题发表于《Advanced Functional Materials》。

  经过25年的不断研究，聚集诱导发光（AIE）材料研究方向收获了极大的发展。然而，这类材料也逐渐呈现出骨架结构相对单一、原料不可再生性和不可持续性等问题。天然生物质材料因其优异的可再生性、生物相容性和独特的骨架结构，在AIE材料领域展现出巨大的创新发展潜力。本文以含量丰富的林木生物质松香为原料，借鉴AIE材料分子设计策略，定向转化为结构可设计、性能可调控的林木生物基聚集诱导发光（BioAIE）材料，既可以给AIE材料研究提供新型的天然骨架，同时也可以拓宽林木生物质的创新利用价值。

  近期，蔡旭敏等以丰富的可再生天然资源松香为原料，衍生化制备了天然电子受体脱氢枞酸-喹喔啉（DAQx），并引入强给电子基团三苯胺（TPA），成功构建了一系列D-A型松香基BioAIE材料（DAQx-BzBr, DAQx-BPBr, DAQx-BPCN）。通过调控DAQx受体的共轭程度和吸电子能力，实现了其光物理性质的优化。结果表明，这一类D-A型BioAIE材料表现出显著的溶剂刺激响应行为，能够实现智能防伪。同时，这类BioAIE材料得益于天然DAQx骨架固有的生物相容性，实现亚细胞器的靶向成像（图1）。

图1. 脱氢枞酸基D-A型多功能材料的分子设计及智能防伪加密和生物成像应用

  研究揭示了分子结构（电子受体共轭程度、吸电子能力）与光物理性能的构效关系：增加受体共轭和引入强吸电子基团，可显著增强分子内电荷转移（ICT）程度和溶剂效应（图2）。此外，研究表明，调节电子受体能够有效地调节分子间相互作用，进而改变聚集结构，最终影响发光效率。总之，分子结构和聚集结构共同决定了D-A体系的光物理性质。

图2. DAQx系列分子在不同极性有机溶剂中的溶剂致变色效应

  DAQx系列材料所具备的溶剂致变色特性，使其在智能防伪加密领域彰显出巨大的应用潜力。研究团队将其负载于硅胶上，利用不同极性溶剂蒸气进行熏蒸，可逆地实现丰富且对比鲜明的荧光颜色变化。并基于此，更进一步地构建了溶剂诱导的3D码动态信息转换系统（图3）。

图3. DAQx系列分子的动态信息加密-解密应用

  同时，得益于天然松香脂环赋予的固有生物相容性，具有发射红光行为的DAQx-BPCN被成功应用于生物成像（图4）。细胞毒性（MTT）实验证实，在高达100 μM浓度下，DAQx-BPCN对HeLa和HEL-1细胞均表现出优异的生物相容性（存活率>90%）。共聚焦显微镜成像及亚细胞器共定位实验表明，DAQx-BPCN能被HeLa细胞有效摄取，并显示出优异的溶酶体靶向能力。

图4. DAQx-BPCN的溶酶体成像

  本文第一作者为南京林业大学硕士研究生武彦臣、共同第一作者为香港中文大学（深圳）硕士研究生辛卓阳和南京林业大学蔺玉婷博士，通讯作者为南京林业大学蔡旭敏副教授，共同通讯作者为香港中文大学（深圳）唐本忠教授和汪文锦副研究员。本研究获得了国家自然科学基金（21601087和52333007）、江苏省自然科学基金（BK20231296）和广东省分子聚集发光重点实验室开放基金（2023B1212060003）等项目资助。

  论文题目：Facile Engineering of A Rosin-Derived Natural Electron Acceptor Toward Twisted Intramolecular Charge Transfer-Active BioAIE Materials with Dual Functionality

论文作者：Yanchen Wu, Zhuo-Yang Xin, Yuting Lin, Shilong Yang, Zheng Zhao, Wen-Jin Wang,* Ben Zhong Tang,* and Xu-Min Cai*

  原文链接：https://advanced.onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/adfm.202508618

作者简介

蔡旭敏，南京林业大学副教授，江苏省“双创博士”，国家“双一流”专业林产化工系副主任，于南京大学和慕尼黑工业大学获硕士和博士学位。主要从事林木生物基聚集诱导发光（BioAIE）材料的跨学科研究。近3年内以通讯/第一作者在Nat Commun, Natl Sci Rev, Innovation，Adv Funct Mater, Adv Sci, Aggregate等期刊发表论文30余篇，主持国家自然科学基金、江苏省自然科学基金及广东省重点实验室开放基金等。获JMCC新锐科学家、江苏省林学会科学技术奖、江苏省低碳协会科学技术奖、Aggregate高被引学者称号和Aggregate期刊优秀编委奖等。任The Innovation期刊、Aggregate期刊和《生物质化学工程》等期刊青年编委。课题组链接：

https://www.x-mol.com/groups/cai_xumin

汪文锦，香港中文大学（深圳）附属第二医院副研究员，博士毕业于中山大学化学生物学专业，随后加入香港中文大学（深圳）附属第二医院唐本忠院士团队进行博士后研究。已在Nat. Photonics、J. Am. Chem. Soc.、Angew. Chem. Int. Ed.、Nat. Commun.、Natl. Sci. Rev.、Innovation、Adv. Sci.、Aggregate、Biomaterials、Small.等期刊发表论文40余篇。主持国家自然科学、中国博士后面上项目、深圳市医学研究专项（青年项目）项目。入选深圳市优秀博士后。主要从事新型抗肿瘤材料的开发与抗肿瘤机理、聚集诱导发光（AIE）材料的生物应用及临床应用转化研究。

唐本忠教授，1982年获华南理工大学学士学位，1985年、1988年先后获日本京都大学硕士、博士学位。曾在多伦多大学从事博士后研究、日本NEOS公司中央研究所任高级研究员。1994–2021年在香港科技大学工作。2009年、2017年、2020年先后当选中国科学院院士、亚太材料科学院院士、发展中国家科学院院士。2021年加入香港中文大学（深圳）担任理工学院院长、校长学勤讲座教授。主要从事高分子化学和先进功能材料研究。在聚集诱导发光（Aggregation-Induced Emission, AIE）这一化学和材料前沿领域取得了原创性成果，是AIE概念的提出者和AIE研究的引领者。已发表学术论文2,000多篇，总引用超200,000次，h因子为205。在学术会议上作了500多场邀请报告，拥有100多项授权专利。现任德国Wiley出版社发行的Aggregate《聚集体》杂志主编以及20多家国际科学杂志顾问、编委或客座编辑等。2014年至今连续当选全球材料和化学双领域“高被引科学家”。2007年获Croucher基金会高级研究员奖，2012年获美国化学会高分子材料科学与工程分会MACRO讲座奖，2014年获伊朗国家科技部颁发的Khwarizmi国际奖，2015年获广州市荣誉市民称号，2017年获国家自然科学一等奖、何梁何利基金科学与技术进步奖，2021年获Nano Today国际科学奖，2023年获Biomaterials全球影响力奖，2024年获中国化学会–中国石油化工股份有限公司化学贡献奖。