广州医科大李莹教授、港中深唐本忠院士等ACS Nano：AIEgens与聚合物之间完全受限自组装策略实现超亮纳米探针

高分子科学前沿 · 公众号 · 化学 · 2025-02-11 09:16

正文

侧流免疫分析（ Lateral Flow Immunoassay, LFIA）作为一种极具前景的即时检测（Point-of-Care, POC）技术，因其快速、简便和低成本的特点，被广泛应用于临床诊断、食品安全和环境监测等领域。相较于传统胶体金LFIA，荧光LFIA凭借其更高的检测灵敏度和定量准确性，展现出显著优势。聚集诱导发光分子（Aggregation-Induced Emission Luminogens, AIEgens）作为一类独特的荧光分子，在稀溶液游离态时发光微弱甚至不发光，而在聚集态或固态时却具有强烈荧光。这一特性为设计和构建高性能荧光探针提供了全新的思路。AIE现象的主要发光机制源于分子内运动受限，因此，将AIEgens嵌入受限空间中，理论上可以显著提升其发光效率，从而制备出高量子产率的AIE纳米颗粒（AIENPs）。目前，在众多制备AIENPs的方法中，聚合物介导的自组装方法因其合成简便和高稳定性而备受青睐。然而，传统聚合物（如含碳链的双亲型或嵌段型共聚物）在与AIEgens组装时，由于亲水-疏水差异，往往会发生相分离，形成以AIEgens为核、聚合物为壳的异质结构（he-AIENPs）。这种结构因AIEgens特殊的三维扭曲构象和较弱的分子间相互作用，导致内核AIEgens堆积松散，无法完全抑制分子内运动，从而发光效率不高。因此，如何完全抑制AIEgens内运动，制备出高发光效率的AIENPs，仍然是一个亟待解决的挑战。

为了解决这一难题， 广州医科大学李莹教授 在前期工作（ Sci. Adv. 2022 , eabo1874； Sensor Actuat. B-Chem . 2024 , 137201； Biosens. Bioelectron . 2025 , 117068 ）基础上与香港中文大学（深圳）唐本忠院士、北京理工大学张江江副研究员和中山大学肿瘤防治中心珂妙拉医生合作报告了一种将AIEgens与马来酸酐-苯乙烯共聚物（PMPS）组装，以完全抑制AIEgens运动、增强AIENPs发光效率的通用策略。并将制备的AIENPs应用于多重LFIA平台，实现多项肺癌标志物的联合检测，其检测结果与临床化学发光发高度吻合，进一步强调了多靶标组合检测在提高肺癌诊断价值中的重要性。相关研究以题为“Fully Inter-restricted Assembly of Aggregation-Induced Emission Luminogens and Polymers Enables Ultra-bright Nanoparticles for Sensitive Point-of-Care Diagnosis”的论文发表于国际知名期刊《ACS Nano》。

本研究中，PMPS与芳香族AIEgens相互作用，产生强而密集的分子间π-π结合，形成的均质组装产物为AIEgens提供了完全刚性的受限环境，显著抑制了分子内运动。在最佳条件下，该方法制备的均质型AIENPs（ho-AIENPs）的量子产率（QY）超过91%，比传统的核-壳型he-AIENPs提高了约30%。实验结果与理论模型可知，PMPS中苯环结构可增加聚合物与DPNA-BT之间的相容性，降低自组装时的相分离，大大增加聚合物与DPNA-BT之间的相互作用，产生强而密集的分子间π-π结合，抑制DPNA-BT的分子内运动，从而增加ho-AIENPs的发光效率。有效解决了传统核-壳型AIENPs中疏松堆积的AIE分子内运动造成的荧光损失。此外，PMPS中酸酐结构可提供羧基官能团，保证ho-AIENPs的胶体稳定性和生物偶联便利性。同时，通过对比ho-AIENPs, he-AIENPs和传统胶体金探针信号强度和检测性能差异，证明ho-AIENPs可显著提高LFIA检测灵敏度。基于优异的光学性能和稳定性，ho-AIENPs具有提高LFIA疾病生物标志物检测灵敏度和准确性的强大潜力，可用于疾病早期诊断和预后。