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  病原菌感染嚴(yán)重威脅人類生命健康。全球每年的感染病例高達(dá)3億以上，其中，超過500萬人次死于嚴(yán)重的病原菌感染。為了確保有效治療，首先要對病原菌進(jìn)行快速、可靠鑒定。因此，迫切需要發(fā)展一種簡單、準(zhǔn)確的檢測手段。聚集誘導(dǎo)發(fā)光材料（AIEgen），因其“溶解不發(fā)光、聚集才發(fā)光”的特點，是與生俱來的點亮型熒光染料，同時具有光穩(wěn)定性好、熒光背景低等優(yōu)點，可以極大提高檢測靈敏度和準(zhǔn)確性。

  近年來，雖然有報道利用AIEgen構(gòu)建熒光傳感器陣列來檢測病原菌，但是其準(zhǔn)確性和簡便性還無法滿足臨床要求。因此，如何合理的設(shè)計AIEgen來增大每種病原菌特征熒光響應(yīng)圖譜間的差異，實現(xiàn)病原菌的準(zhǔn)確檢測，同時簡化傳感器陣列仍然存在很大的挑戰(zhàn)。

  近日，香港科技大學(xué)唐本忠院士團(tuán)隊和中科院化學(xué)所王樹研究員在《Adv. Funct. Mater》 上發(fā)表了題為Engineering Sensor Arrays Using Aggregation-Induced Emission Luminogens for Pathogen Identification 的文章，在此工作中，作者成功構(gòu)建了一系列簡單的AIE熒光傳感器陣列，基于多價相互作用實現(xiàn)對常見病原菌的快速準(zhǔn)確鑒定。

精細(xì)調(diào)控AIE分子親疏水性

  在此工作中，作者在四苯乙烯基上以烷氧基鏈為連接基團(tuán)引入帶有明顯疏水性差異的季銨鹽，得到一系列具有精確調(diào)節(jié)親疏水性的AIE分子TPE-AR，其正辛醇/水分配系數(shù)（logP）從3.426 to 6.071，以此來調(diào)控AIE分子與病原菌間的多價相互作用，放大病原菌特征熒光響應(yīng)的差異，實現(xiàn)對病原菌的準(zhǔn)確鑒定（圖一）。

圖一. TPE-ARs構(gòu)筑的熒光傳感器用于病原菌檢測示意圖

AIE分子多樣的聚集行為豐富其與病原菌間的多價相互作用

  由于這些AIEgen的親疏水性存在微妙差異，因此呈現(xiàn)多樣的聚集行為，進(jìn)一步豐富了TPE-AR與病原菌間的多價相互作用。比如，帶有較長疏水鏈（丁基和己基）的AIE分子在臨界聚集濃度之前就可以組裝形成大的預(yù)聚集體（圖二）。

圖二. TPE-ABu和TPE-AHex形成預(yù)聚集體結(jié)構(gòu)

AIE熒光傳感器陣列構(gòu)建原則

  由于TPE-AR與病原菌間不同的多價相互作用，7個TPE-AR分子對每種病原菌都可以呈現(xiàn)不同的熒光信號響應(yīng)。隨著TPE-AR分子LogP的增加，7個TPE-ARs可以分為A,B,C三組，其中A組TPE-AR對革蘭氏陽性菌和真菌熒光響應(yīng)強，而對革蘭氏陰性菌相對較弱；B組對三類菌呈現(xiàn)相似的熒光響應(yīng)，且根據(jù)熒光響應(yīng)強度又可以進(jìn)一步分為B1和B2；C組與A組相反，對革蘭氏陰性菌熒光響應(yīng)強，而對革蘭氏陽性菌和真菌相對較弱。在兼顧熒光響應(yīng)多樣性和熒光傳感器簡單性的前提下，將具有不同熒光響應(yīng)的三組TPE-AR進(jìn)行數(shù)學(xué)優(yōu)化組合(AB1C,AB2C, AB1B2，B1B2C)，成功構(gòu)建了14個準(zhǔn)確率接近100%的熒光傳感器陣列。

圖三. TPE-ARs對不同病原菌的熒光響應(yīng)

AIE熒光傳感器陣列識別病原菌

  基于TPE-ARs傳感器與病原菌間不同的多價相互作用，每個傳感器陣列都可以為不同的病原菌提供特征的熒光響應(yīng)圖譜（圖四a）。借助數(shù)學(xué)統(tǒng)計方法識別病原菌的熒光信號，實現(xiàn)對七種病原菌的有效鑒定，甚至可以區(qū)分正常菌和耐藥菌，準(zhǔn)確率接近100％（圖四b）。另外，該傳感器陣列也同樣適用于檢測病原菌混合物(圖五)。

圖四. TPE-ARs傳感器通過LDA分析識別不同病原菌

圖五. TPE-ARs傳感器通過LDA分析識別不同病原菌混合物

  本工作通過精細(xì)調(diào)控AIE活性基團(tuán)的親疏水性成功構(gòu)建了一系列簡單準(zhǔn)確的熒光傳感器陣列�；诙鄡r相互作用，這些熒光傳感器陣列能夠?qū)崿F(xiàn)對不同病原體菌的高效鑒定，甚至可以區(qū)分正常菌和耐藥菌（準(zhǔn)確度接近100％）。此外，該傳感器陣列具有快速（約0.5小時）、高通量、操作簡單和免洗等優(yōu)點，具有為臨床提供及時可靠的病原菌信息的巨大潛力。

  這一成果近期發(fā)表在Adv. Funct. Mater.上，唐本忠院士和王樹研究員為共同通訊作者，周成成博士和博士生許文涵為共同第一作者。

  論文鏈接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/adfm.201805986