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材料学院王东副教授在《Adv. Funct. Mater.》《Adv. Sci.》《ACS Nano》《Biomaterials》《iScience》等高水平期刊上发表论文

发表于: 2021-05-11 11:05 点击:

2021年,我校材料学院AIE研究中心王东副教授以通讯作者发表3Adv. Funct. Mater.(影响因子:16.836)、2Adv. Sci. (影响因子:15.84)、1ACS Nano (影响因子:14.588)、1Biomaterials(影响因子:10.3)、1iScienceCell 姐妹刊等高水平论文。



研究背景

传统的荧光染料,例如荧光素、罗丹明以及BODIPY存在“聚集导致猝灭”(ACQ)现象它们聚集或固态下会出现发光减弱或完全不发光的现象容易在多次光学扫描下导致荧光信号消失(漂白),难以实现对体内、体外的实时动态监测和原位成像,导致其在疾病发生机制和防控领域的研究相对受限,大大制约发光材料的发展和实际应用。2001年,唐本忠院士提出了“聚集诱导发光”(aggregation-induced emission, AIE)概念,并开发出一系列具有AIE性质的化合物,它们的发光波长可以涵盖整个可见光区域,甚至到近红外。与传统的荧光染料不同,这类特殊的化合物在溶液中不发光或者发很弱的荧光,但是在聚集状态下发出强烈的荧光。AIE材料的使用克服了传统荧光分子的局限,在荧光成像、化学/生物传感、疾病光学诊疗领域展现出诸多优势。


1. Wei Zhu, Miaomiao Kang, Qian Wu, Zhijun Zhang, Yi Wu, Chunbin Li, Kai Li*, Lei Wang, Dong Wang*, Ben Zhong Tang*, Adv. Funct. Mater. 2021, 31, 2007026.


通过理性的分子设计,作者合成了一系列新颖的两亲性AIE分子 (BITTBITBITTITB)。在这些AIEgens中,具有转子扭曲结构、高D-A强度和NIR-II发射的BITT表现出最优异的ROS产生效率和光热转换效率 (35.76)。由于两亲性的性质,该分子不需要加入额外的聚合物包裹。通过简单的超声就可以形成稳定的BITT dots。体外实验表明,BITT dots对癌细胞具有低的暗毒性和高的光毒性。体内评估表明,在660 nm (0.3 W/cm2) 的激光照射下,肿瘤表面温度升至55 ℃,同时展示了良好的小鼠肿瘤的NIR-INIR-II的荧光成像。体内实验表明,BITT dots具有优异的生物相容性。通过光疗后,4T1肿瘤小鼠的肿瘤消除表明,BITT dots通过协同的PDT-PTT光疗法表现出优异的抗癌效果。这些结果表明,BITT (AIEgen) 可以作为单一组分探针应用于NIR-II荧光成像介导的癌症诊疗方法中。总之,该研究为近红外AIEgens的设计提供了一种有希望的策略,并为有效的癌症治疗提供了一种新思路。

论文链接:https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/adfm.202007026


2. Nan Song,# Zhijun Zhang,# Peiying Liu, Dihua Dai, Chao Chen, Youmei Li, Lei Wang, Ting Han, Ying-Wei Yang,* Dong Wang,* and Ben Zhong Tang*, Adv. Fun. Mater. 2021, 2009924.



超分子纳米诊疗体系具有包括智能响应性和多模式协同特性在内的多重功能优势,在癌症等多种疾病的诊疗方面展示出巨大应用潜力。作者以水溶性柱芳烃和带键合位点的AIE分子的主客体作用以及柱芳烃端基与金棒的复合作用为设计依据,利用AIE分子的荧光成像、活性氧产生特性,柱芳烃主客体识别特性和金棒的光热效应,成功构筑了一类具有AIE特性的超分子纳米杂化材料。体外和体内评价实验表明该超分子纳米诊疗体系具有包括强荧光成像、光声成像、高效光动力治疗和光热治疗在内的多模式协同诊疗功能。该工作展示了基于柱芳烃超分子主客体化学构筑的有机-无机杂化材料的重要应用,同时该工作也是超分子体系应用于诊疗一体化领域的重要进展,此外,该工作也为构筑新型智能诊疗药物提供了新的设计思路。

论文链接:https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adfm.202009924


3. Yuanwei Wang, Haoxuan Li, Dong Wang,* and Ben Zhong Tang*, Adv. Funct. Mater. 2021, 31, 2006952.


无机材料种类繁多,性质多样,经过十几年的发展,已有数十种无机材料被用于复合AIE分子并应用于各个领域。作者概括并分析了基于AIE分子的有机无机纳米复合材料的研究进展。根据结构特点将复合材料分为纳米粒子、二维层状材料和三维框架结构,详细介绍了无机基体与AIE分子间的相互作用方式,包括物理包覆限域,共价键束缚,超分子配位等。结合AIE的高发光效率和无机基体材料的结构特点,如大比表面积、多表面官能团和生物相容性等,纳米复合材料被应用于生物医药(生物成像、肿瘤诊疗一体化、药物控释等)、化学/生物传感(气体检测、爆炸物检测的可视化等)、光电(有机发光二极管、光电信号转换等)等领域。最后,作者对基于AIE分子的有机无机纳米复合材料的挑战与前景进行分析展望,提出引入更多样的无机材料将为AIE领域带来新的机遇。

论文链接:https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adfm.202006952

4. Miaomiao Kang, Zhijun Zhang, Wenhan Xu, Haifei Wen, Wei Zhu, Qian Wu, Hongzhuo Wu, Junyi Gong, Zhijia Wang, Dong Wang,* and Ben Zhong Tang*, Adv. Sci. 2021, in press

I型光敏剂具有更好的耐乏氧特性,能够有效克服传统高氧依赖的II型光敏剂在乏氧肿瘤光动力治疗中面临的问题。此外,作为细胞的“心脏”,细胞核被认为是光动力治疗的最佳靶点。基于此,作者设计合成了能够高效产生I型活性氧的AIE光敏剂(TTFMN),并借助酸响应的细胞核靶向递送系统成功构建了首例基于IAIE光敏剂的细胞核靶向光动力治疗体系(TTFMN NPs)。该体系具有优异的稳定性和生物相容性、较高的荧光亮度、高效的I型活性氧产生能力以及良好的细胞核靶向和肿瘤富集效果。体外和体内评价实验表明该体系在光照下实现了高效的荧光成像指导的光动力治疗效果,能够有效杀伤癌细胞并在小鼠活体表现出显著的抑瘤效果。这项研究是基于AIE分子的细胞核靶向的I型光动力治疗的成功范例,为新一代IAIE光敏剂的设计开发以及可系统递送的细胞器靶向诊疗体系的构建提供了设计思路和实践经验。


5. Yuanwei Wang, Dingyuan Yan, Lei Wang, Dong Wang* and Ben Zhong Tang*Adv. Sci., DOI: 10.1002/advs.202100811.



有机无机铅卤素钙钛矿材料和聚集诱导发光材料都是极具特色且性能优异的发光材料,本文作者首次将具有聚集诱导发光特性的小分子引入二维钙钛矿材料中并制备了高效发光的白光LED,实现了两种明星材料的梦幻联动。经过胺基改性的AIE小分子(TTPy-NH2)作为配体分子插入钙钛矿层间为其搭建出独特的“量子阱”结构,实现了钙钛矿材料高量子产率的蓝色发光,另外,TTPy-NH2在聚集态下发红光的特性赋予了复合材料在固态下红蓝双荧光发射的特点,这在构建基于钙钛矿材料的白光LED中表现出明显优势。这种双赢的设计思路为开发下一代发光器件提供了新思路。


6. Zengming Yang,# Zhijun Zhang,# Ziqiang Lei,* Dong Wang,* Hengchang Ma,* and Ben Zhong Tang*, ACS Nano 2021, 15, 7328-7339.

利用功能官能团工程化策略实现了激发态能量的辐射与非辐射跃迁、非辐射跃迁中系间窜越与热效应之间的调控,首次通过精准分子设计开发了基于AIE新型多模诊疗一体化有机小分子光诊疗剂。该光诊疗剂展现出优异的光物理、光动力和光热性质,具备高的摩尔吸光系数、明亮的延伸至近红外二区的荧光发射、卓越的活性氧产生能力以及高的光热转换效率。通过两亲性聚合物DSPE-PEG包覆制备的水分散性纳米颗粒不仅很好地保留了小分子优异的性能而且显示出良好的稳定性和生物相容性,且在EPR效应驱动下实现了在肿瘤组织的被动靶向富集。体内外实验均表明制备的纳米诊疗剂在NIR激光照射下具有良好的肿瘤杀伤能力,有效弥补了单一光动力治疗或光热治疗存在的不足。这项研究为多模态光诊疗剂的开发提供了新思路

论文链接:https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsnano.1c00585



7. Haifei Wen, Miaomiao Kang, Haoxuan Li, Wenhan Xu, Heng Guo, Youmei Li, Yonghong Tan, Ziyao Wen, Qian Wu, Jiachang Huang, Lei Xi, Kai Li, Lei Wang, Zhijun Zhang*, Dong Wang* and Ben Zhong Tang*, Biomaterials, 2021, in press.


构建一种可以同时实现多模态成像和治疗的单一成分的诊疗剂是一项非常吸引人但又极具挑战性的任务。作者设计并合成了一种具有聚集诱导发光(AIE)特性的发光分子。这些AIE分子具有较长的发射波长、优秀的光稳定性、极好的生物相容性、优异的活性氧(ROS)生成性能和高效的光热转换能力,使它们能够在肿瘤的体外和体内光诊疗中得到有效利用。实验结果表明,这些AIE分子能够通过近红外一/二区荧光和光声联合成像对小鼠实体肿瘤进行精确诊断成像,并能在激光照射下激活光动力和光热协同治疗(PDT-PTT),只经一次注射和照射,就能获得极佳的肿瘤消除效果。本研究为肿瘤诊疗一体化的实现提供了一个可通用的模板。


8. Meng Li, Huan Li, Qian Wu, Niu Niu, Jiachang Huang, Lingmin Zhang, Ying Li,* Dong Wang,* and Ben Zhong Tang*, iScience 2021, 24, 102261.


通过合理的分子设计,作者制备得到了一个乏氧响应型探针TBTOTBTO可以在肿瘤组织的乏氧环境中被还原得到一个具有AIE活性的分子TBTTBT具有典型的D-A-D(给体-受体-给体)结构,使得其具有较强的TICT效应,进而促进荧光发射红移至近红外区域并产生较强的光声信号。一系列体外和体内评估结果表明,TBTO具有良好的生物相容性,对乏氧的肿瘤微环境具有高度的响应性,可用于肿瘤部位的近红外荧光和光声双模式成像。这项工作提供了一种利用病变区域的特定微环境进行成像的新思路,在肿瘤诊断、影像学引导的手术干预和治疗方面具有潜在的应用前景。

论文链接:https://doi.org/10.1016/j.isci.2021.102261



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