中国青年学者一作兼通讯！最新《Chem. Soc. Rev.》: 活性氧介导的有机长余辉发光团：引领生物医学研究新突破

高分子科学前沿 · 公众号 · 化学 · 2024-10-08 08:00

正文

由活性氧调控的有机长余辉发光团（ROSLP）作为一种新型的有机发光材料，具有独特的长持久性发光特性，能够在停止激发后持续发出光信号。这一特性使其在生物医学成像、传感和治疗等领域展现出巨大的应用潜力。鉴于此，上海交通大学青年研究员李哲博士携手湖南大学张晓兵教授与湖南师范大学刘红文副教授从ROSLP的基本特性出发，深入剖析了其工作原理、构造策略及在生物成像、生物传感和肿瘤治疗等方面的最新进展。该工作近期在化学领域权威期刊《Chemical Society Reviews》上发表。

图1. 具有代表性的长余晖发光材料发光机理

1. 长余辉材料的发展历程及代表性的ROSLP发光团

长余辉材料从最早被发现的荧石（夜明珠）开始不断发展，逐渐演变成了目前研究火热的有机激光源、X射线源、超声源长余辉材料。极具代表性的ROSLP材料可分为SPNs类（如PPV、PFODBT）、亲疏水聚合物（如AEE、DO、SO等）和单一分子型发光团。

图2. 用于生物成像和生物传感的功能化有机长余辉发光团的发展历程

图3. 用于生物成像和生物传感的代表性功能化ROSLP发光团

2. ROSLP的基本特性与工作原理

基本特性：ROSLP相较于纳米材料具有更高的代谢安全性和结构可修饰性，有利于构建响应性分析物的分子探针。然而，目前纯有机分子型的ROSLP实例较少。

工作原理：ROSLP的设计灵感来源于化学发光体，其工作机制与化学发光体相似。在激发源（如激光、超声）照射下，首先产生ROS，ROS将激发能转化为高能键，随后在去除激发源后，通过非辐射跃迁释放能量，产生长余辉发光。

图4. ROSLP的工作原理

3. ROSLP的构造策略：从双组分到单组分

ROSLP的构造需要两个不可或缺的部分：ROS生成单元和ROS捕获单元。早期，这两个单元是分离的，但近年来，研究已成功将这两个单元集成到单个有机分子中，形成集成ROSLP。这类集成ROSLP具有更好的生物安全性，有助于推进有机长余辉材料的生物应用。

构造策略：

1.双组分分离的纳米系统：ROS生成单元和ROS捕获单元通过非共价键（如形成纳米颗粒的封装）进行限域，否则难以形成高能键实现高效的ROS传递。然而，这可能面临代谢安全性和纳米颗粒解聚的风险。

2. 双组分集成ROSLP：此类分子既充当ROS生成单元，同时自身存在的高能键可捕获ROS实现长余辉发光。

ROSLP发光团的分类

4. ROSLP的生物应用

ROSLP发光团不仅促进了高信噪比长持续发光成像，而且还成功地解决了多种分析物的精确位置和浓度信息。利用ROSLP光照体进行肿瘤治疗已经引起了科学界的极大兴趣。文章系统地概述了ROSLP发光团在生物医学领域取得的杰出成就。

图5. 用于生物成像的代表性ROSLP发光团

图6. 用于酶生物传感的代表性ROSLP发光团

图7. 用于检测活性氧和活性氮的代表性ROSLP发光团

图8. 用于检测活性硫的代表性ROSLP发光团

图9. 用于治疗与检测其它分析物的代表性ROSLP发光团

表3. 不同类型发光团及其优缺点归纳

综上所述，活性氧介导的有机长余辉发光团在生物医学领域展现出了巨大的应用潜力和前景。从双组分分离的纳米系统到集成的单发光团，ROSLP的构造策略和工作原理的不断优化将推动其在生物成像、生物传感和肿瘤治疗等方面的广泛应用。

文章信息：

Li, Z.; Liu, H.; Zhang, X.-B. Reactive oxygen species-mediated organic long-persistent luminophores light up biomedicine: from two-component separated nano-systems to integrated uni-luminophores. Chem. Soc. Rev. 2024, 10.1039/D4CS00443D.

作者信息：

张晓兵教授，湖南大学教授，博士生导师，国家“杰出青年”基金获得者，“长江学者”特聘教授，国家“万人计划”科技创新领军人才。主要开展疾病标志物荧光检测和癌症早期诊疗方面的系统研究，在小分子与纳米荧光探针领域，尤其是有序组装型探针的构建与生物成像分析方面取得了系列创新性的研究成果。发表通讯作者SCI论文200多篇，包括Nat. Photon.，Nat. Biomed. Eng.，Proc. Natl. Acad. Sci.，Chem. Rev.，Chem. Soc. Rev.，Nat. Commun.，Sci. Adv.，J. Am. Chem. Soc.，Angew. Chem. Int. Ed.等国际顶级期刊。以第一完成人身份获得2020年国家自然科学二等奖，2018年湖南省自然科学一等奖及2018年教育部自然科学一等奖。

刘红文副教授，2017年毕业于湖南大学化学系，师从张晓兵教授，获分析化学博士学位。之后在谭蔚泓院士实验室担任博士后研究员。现任湖南师范大学化学学院副教授。他目前的研究兴趣包括用于生物传感、生物成像和癌症治疗的新型小分子的构建。发表SCI论文70余篇，以通讯作者身份在Chem. Soc. Rev.，Angew. Chem. Int. Ed.，Anal. Chem.等期刊上发表论文10余篇，被引用4000余次。

李哲博士，2023年于湖南大学获得化学专业博士学位，师从张晓兵教授，博士期间主要从事有机功能发光材料的开发与生物应用，具备成熟的有机分子合成经验，能够独立设计分子结构并进行理论计算，并在肾损伤检测，肿瘤治疗及手术导航等领域中做出一系列工作。博士毕业后，入职为上海交通大学医学院/生物医学工程学院新华医院麻醉外科重症监护室（ICU）青年首席研究员（青年PI）。目前，发表SCI论文10余篇，以通讯作者/第一作者身份在Chem. Soc. Rev.，Nat. Commun.，J. Am. Chem. Soc.，Angew. Chem. Int. Ed.等期刊上发表论文4篇，被引用1200余次。

来源：高分子科学前沿

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