陳宇航，李瀟

(1.南方醫(yī)科大學(xué)口腔醫(yī)學(xué)院，廣州 510515；2.南部戰(zhàn)區(qū)總醫(yī)院口腔科，廣州 510100)

1 引 言

一直以來，熒光探針都是實(shí)驗(yàn)研究領(lǐng)域的熱點(diǎn)。但傳統(tǒng)的熒光探針在水中容易發(fā)生聚集，出現(xiàn)熒光猝滅的現(xiàn)象，即聚集熒光猝滅效應(yīng)(aggregation caused quenching，ACQ)，因此無法達(dá)到長期的成像和信號追蹤效果[1-2]。而在2001年，唐本忠院士研究小組發(fā)現(xiàn)了一種噻咯衍生物在薄層層析板上不發(fā)光，但隨著溶劑揮發(fā)，發(fā)光“無中生有”地大幅增強(qiáng)。同樣，當(dāng)這類分子溶解于良溶劑中處于單分子態(tài)時，在紫外光激發(fā)下幾乎不發(fā)熒光，而在加入水等不良溶劑生成聚集體后，卻發(fā)出強(qiáng)烈地?zé)晒?。?jù)此，該課題組提出了聚集誘導(dǎo)發(fā)光(aggregation induced emission，AIE)這一光物理領(lǐng)域的新概念，克服了聚集熒光猝滅的瓶頸，實(shí)現(xiàn)了一場關(guān)于熒光探針的歷史變革[3-4]。由于AIE效應(yīng)的熒光探針克服了傳統(tǒng)熒光分子在濃溶液中會出現(xiàn)聚集導(dǎo)致熒光猝滅的弊端，目前受到廣泛的關(guān)注[4]。

2 熒光探針原理及類型

2.1 概述

熒光探針是化學(xué)傳感技術(shù)領(lǐng)域在20世紀(jì)末的一項(xiàng)重大發(fā)現(xiàn)，它使得分子識別的方式有了飛躍性的進(jìn)步。經(jīng)過大量研究及應(yīng)用，熒光探針已在發(fā)光材料合成、熒光傳感、細(xì)胞及組織成像等方面廣泛應(yīng)用[5]。熒光探針由熒光團(tuán)(發(fā)光基團(tuán)，F(xiàn)luorophore) 、識別基團(tuán)(受體，Receptor) 和連接臂(橋聯(lián)基團(tuán))3個部分組成，而其機(jī)理可大致歸納為四個模型：螯合誘導(dǎo)增強(qiáng)熒光(CHEF)，分子內(nèi)電荷轉(zhuǎn)移(ICT)，光誘導(dǎo)電子轉(zhuǎn)移(PET)和聚集誘導(dǎo)發(fā)光(AIE)[6]。其中基于聚集誘導(dǎo)發(fā)光機(jī)理的熒光探針是我們主要的討論內(nèi)容。

2.2 AIE熒光探針的原理

具有聚集誘導(dǎo)發(fā)光(AIE)性能的熒光探針具有明顯的優(yōu)勢，是目前研究的前沿。聚集誘導(dǎo)發(fā)光與幾種機(jī)制通路有關(guān)，包括分子內(nèi)運(yùn)動的限制(restriction of Intramolecular Motions， RIM)、J聚集形成(J-aggregate formation, JAF)、激發(fā)態(tài)分子內(nèi)質(zhì)子轉(zhuǎn)移(excited-state intramolecular proton transfer, ESIPT)等。其中RIM是目前研究發(fā)現(xiàn)的引起AIE效應(yīng)的主要原因。因此，本研究以RIM為例，對AIE效應(yīng)形成的原理機(jī)制進(jìn)行簡要介紹。RIM的機(jī)理模型[7]表示，在稀溶液中，AIE分子內(nèi)部的一些基團(tuán)有著活躍的相對運(yùn)動(例如振動和轉(zhuǎn)動)，處于激發(fā)態(tài)的分子通過振轉(zhuǎn)形式將光能以熱能等形式消耗，以光形式輸出能量的比例變小，熒光效率因而降低；而當(dāng)這些分子聚集在一起時，分子內(nèi)部運(yùn)動受到限制，運(yùn)動熱能的比例降低，光輸出形式的能量比例增加，表現(xiàn)出熒光增強(qiáng)的現(xiàn)象。具體來說，分子內(nèi)運(yùn)動包括旋轉(zhuǎn)和振動，有較大一部分的AIE分子都是以限制分子內(nèi)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動為基礎(chǔ)的。比如，常見的熒光分子四苯基乙烯(Tetraphenylethylene, TPE)的結(jié)構(gòu)由四個苯環(huán)通過單鍵與中心的乙烯桿相連。苯環(huán)可以相對乙烯定子產(chǎn)生很大的自由旋轉(zhuǎn)或扭轉(zhuǎn)。在稀溶液中， TPE的孤立分子可以進(jìn)行主動的分子內(nèi)旋轉(zhuǎn)；但在聚合態(tài)時由于物理約束，分子內(nèi)旋轉(zhuǎn)受到限制，從而打開了輻射衰變通道[8]。除了分子內(nèi)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動，也有AIE分子主要進(jìn)行的是分子內(nèi)振動。例如10,10'，11,11'-四氫-5,5'-二苯并[a, d]環(huán)亞萘基(10,10′,11,11′-tetrahydro-5,5′-bidibenzo[a, d]annulenylidene，THBA)分子內(nèi)并不存在可旋轉(zhuǎn)的基團(tuán)，但它由兩個可伸縮的部分組成，其中每個部分的兩個苯環(huán)由可彎曲的彈性部分連接。THBA的分子內(nèi)振動在某種意義上類似于扇貝的呼吸運(yùn)動，在聚集態(tài)形成時，由于空間限制約束了分子內(nèi)振動，輻射衰變通道被打開，使THBA在聚合狀態(tài)下發(fā)射熒光。而JAF機(jī)理是指在溶液、添加劑或濃度的影響下，一種染料的吸收帶轉(zhuǎn)移到一個更長的波長(紅移)，并增加清晰度(更高的吸收系數(shù))[8]。而ESIPT是一種由分子內(nèi)氫鍵介導(dǎo)的極快的光誘導(dǎo)質(zhì)子轉(zhuǎn)移過程。不同的理論各有其證據(jù)與適用性，而RIM可以解釋目前為止絕大部分AIE系統(tǒng)的機(jī)制[9]。

2.3 AIE熒光探針的類型

AIE熒光探針的分類方式多種多樣，包括根據(jù)熒光基團(tuán)分子構(gòu)成的分類，根據(jù)應(yīng)用方面的分類，以及AIE基團(tuán)在聚合物中發(fā)揮的功能分類[10]等。熒光基團(tuán)的分子構(gòu)成可分為六苯基噻咯(Hexaphenylthiazole，HPS)類，四苯基乙烯(TPE)類，三苯胺(triphenylamine， TPA)類，二苯基乙烯基蒽 (Stilbene anthracene，DSA)類探針等。以四苯基乙烯(TPE)為例[11]，TPE由單鍵連接四個苯環(huán)，從而獲得較為自由的運(yùn)動，其AIE原理可以用上述提到的RIM機(jī)理模型來解釋。目前多采用鈀催化交叉偶合反應(yīng)等方法，將TPE基團(tuán)與生物染料結(jié)合在一起。其AIE的表現(xiàn)高度依賴于連接在染料核上的TPE基團(tuán)的位置和數(shù)量。Baysec等[12]將TPE基團(tuán)結(jié)合于2,6-二溴生物染料的2,6-位置，能有效抑制ACQ，并增強(qiáng)AIE聚集誘導(dǎo)的活性。而三苯胺(TPA)基團(tuán)富含電子，具有較大的空間位阻、超共軛電子效應(yīng)以及較高的空穴遷移率，可以和許多生物染料形成強(qiáng)大的電子間相互作用，發(fā)出強(qiáng)的熒光。Jiang等[13]通過三苯胺(TPA)與咪唑啉酮結(jié)構(gòu)單元合成了脂滴成像的熒光傳感器，展現(xiàn)出了202 nm的大斯托克斯位移和213 GM的大雙光子吸收截面。

根據(jù)應(yīng)用方面，可將AIE熒光探針分為用于光電設(shè)備的制造，熒光傳感(離子探測，pH，機(jī)械刺激，溫度刺激，光源刺激等)，生物成像(細(xì)胞膜染色，細(xì)胞質(zhì)染色，線粒體染色等)以及醫(yī)學(xué)應(yīng)用(監(jiān)控藥物運(yùn)輸，結(jié)合抗菌能力，腫瘤成像及治療等)。下面主要對AIE熒光探針的離子探測、生物成像及醫(yī)學(xué)應(yīng)用三個方面進(jìn)行討論。

3 AIE熒光探針的應(yīng)用

3.1 離子探測

不同的離子在實(shí)驗(yàn)研究中扮演著不同角色。如，銅離子(Cu2+)和三價鐵離子(Fe3+)在生理學(xué)和病理學(xué)反應(yīng)中承擔(dān)著重要的功能，比如氧化還原反應(yīng)，酶催化反應(yīng)，氧氣運(yùn)輸及電子轉(zhuǎn)運(yùn)等。另外也有因具有毒性而需要監(jiān)控其濃度的離子，如汞離子(Hg2+)。以下將對AIE聚合物在離子檢測及生物分子的傳感方面進(jìn)行討論。

3.1.1Ca2+的檢測 Gao等[14]通過將帶負(fù)電荷的亞氨基二乙酸基團(tuán)作為螯合配體并入水楊苷(SA)中，開發(fā)出一種基于AIE效應(yīng)的熒光探針SA-4CO2Na。在沒有Ca2+離子的情況下，探針SA-4CO2Na可以分散在水溶液中，只發(fā)出非常微弱的熒光；而在Ca2+離子存在的情況下，探針可以通過亞氨基二乙酸基團(tuán)與Ca2+之間的靜電和螯合作用形成高發(fā)射性纖化合體。它可以選擇性地探測毫克分子級別(1.0～1.4 mM)的鈣離子，并發(fā)出亮光，并區(qū)分血中鈣含量過高(1.4～3.0 mM)和正常(1.0～1.4 mM)兩種等級。

3.1.2Hg2+的檢測 有研究發(fā)現(xiàn)，汞離子可以與硫脲、硫酰胺、硫酮等物質(zhì)發(fā)生反應(yīng)，可以在化學(xué)上識別出汞促進(jìn)脫硫機(jī)理中的Hg2+。王彬彬等[15]以喹喔啉為基礎(chǔ)開發(fā)了一種新型AIE聚合物，二苯基喹喔啉分子。他們通過將1，3—二硫基—2—硫酮部分與2，3—二苯基喹喔啉的核結(jié)合，利用二苯基喹喔啉核的AIE特性以及1，3—二硫基—2—硫酮部分與Hg2+的反應(yīng)活性，建立了一個在水溶液中對Hg2+具有特異刺激熒光感應(yīng)功能的分子。該化合物表現(xiàn)出對Hg2+的良好特異選擇性，從而區(qū)分其他常見的重金屬離子。

3.1.3Cu2+與Fe3+的檢測 Amitha等[16]以熒光素和4—硝基鄰苯二腈為原料，經(jīng)芳香基硝基取代反應(yīng)合成了一種新型的4,4—熒光氧基雙苯二腈FPN。FPN的結(jié)構(gòu)由鄰苯二腈-熒光-鄰苯二腈、受體-給體-受體、AD-A型組成，該分子選擇性地表現(xiàn)出對Fe3+離子的熒光關(guān)閉行為，其檢測限(Limit of Detection, LOD)為14.49 μM。Jiang等[17]開發(fā)了一種能同時檢測Cu2+、Fe3+和半胱氨酸的AIE聚合物。他們通過納米沉淀法形成了一種AIE分子的凝聚體，使其成為一種對Cu2+、Fe3+和半胱氨酸這三種物質(zhì)具有開關(guān)效應(yīng)的熒光化學(xué)傳感器。實(shí)驗(yàn)表明，大部分被測金屬離子僅引起輕微的熒光猝滅，而Cu2+和Fe3+的猝滅熒光強(qiáng)度顯著。

3.1.4Ir3+的檢測 光敏劑(PS)產(chǎn)生純態(tài)氧(1O2)的能力是光動力治療(photodynamic therapy , PDT)的關(guān)鍵。過渡金屬配合物如銥(Ir3+)配合物由于其理想的光物理性質(zhì)、較大的斯托克斯位移及高的1O2生成能力，常被用作有效的光敏劑。Zhang等[18]設(shè)計(jì)并合成了一系列以具有AIE特性的三苯胺(TPA)基團(tuán)為核心，并含有不同數(shù)量Ir3+中心(單核、二核和三核)的紅色聚集誘導(dǎo)發(fā)射(AIE) 銥配合物以及相應(yīng)的納米粒子。與純的銥配合物相比，具有AIE效應(yīng)的納米粒子具有更長的長激發(fā)壽命、更高的1O2生成能力、更好的生物相容性以及更強(qiáng)的細(xì)胞攝取能力。

3.2 生物成像

具有AIE效應(yīng)的熒光探針由于其在成像及監(jiān)控生物及其生物系統(tǒng)的各種反應(yīng)方面具有出色的能力，近年來愈發(fā)受到關(guān)注[19]。我們將從熒光分子與細(xì)胞染色的不同部位分類，分別介紹細(xì)胞膜染色，細(xì)胞質(zhì)染色，線粒體染色等新型的熒光探針。

3.2.1細(xì)胞膜染色 細(xì)胞膜(Cytomembrane)是細(xì)胞維持穩(wěn)定代謝的胞內(nèi)環(huán)境的重要屏障，同時它還行使調(diào)節(jié)和選擇物質(zhì)進(jìn)出細(xì)胞的功能，并調(diào)控細(xì)胞的識別和信號傳導(dǎo)。Wang等[20]報(bào)道了一種新型的水溶性AIE材料，名為TTVP，是一種由三苯胺基團(tuán)、噻吩片段及碳碳雙鍵組成的DA型化合物。它無需經(jīng)過洗滌過程便超快速地對分析物進(jìn)行著色，并特異性地作用于細(xì)胞膜，發(fā)出紅外光譜區(qū)域的熒光。

3.2.2細(xì)胞核染色 細(xì)胞核(Nucleus)里儲存著大量的細(xì)胞遺傳物質(zhì)，對其進(jìn)行染色成像在生物醫(yī)學(xué)的研究及臨床醫(yī)學(xué)的應(yīng)用都具有重要的意義。Yu等[21]開發(fā)出一種具有AIE效應(yīng)的細(xì)胞核染色劑，它是一種α—氰基二苯乙烯衍生物(ASCP) ，并通過研究發(fā)現(xiàn)該分子是一種良好的細(xì)胞核染色劑。不會破壞細(xì)胞的完整性，可實(shí)現(xiàn)對細(xì)胞的成像，并進(jìn)行長期的示蹤。Lv等[22]設(shè)計(jì)并合成了一種對細(xì)胞核具有特異性的AIE熒光探針，與市售藥物DAPI(4',6—二脒基—2—苯基吲哚)相比，該熒光探針有較大的斯托克斯位移(175 nm)和光穩(wěn)定性，與細(xì)胞核更親近。進(jìn)一步的實(shí)驗(yàn)表明，該探針可以通過染色癌細(xì)胞核高度區(qū)分正常細(xì)胞與癌細(xì)胞，并且能進(jìn)一步用于長時間的癌癥細(xì)胞核的成像及追蹤。

3.2.3線粒體染色 線粒體是一種半自主細(xì)胞器，能產(chǎn)生細(xì)胞的能量貨幣——腺嘌呤核苷三磷酸(adenosine triphosphate, ATP)。能夠選擇性地標(biāo)記細(xì)胞內(nèi)線粒體并產(chǎn)生熒光的探針是監(jiān)控細(xì)胞凋亡和退化的強(qiáng)有力的方法[21]。Leung等[23]研究了一種用線粒體靶向識別基團(tuán)修飾的具有AIE效應(yīng)的熒光探針。他們以四苯基乙烯(TPE)為基礎(chǔ)，將其與三苯基磷(TPP)組合。具體合成過程是先由McMurry偶聯(lián)反應(yīng)合成具有AIE效應(yīng)的TPE核，然后與三苯基膦的后續(xù)反應(yīng)連接形成TPE-TPP。該合成物TPE-TPP能特異性地對活細(xì)胞內(nèi)的線粒體標(biāo)記熒光，具有出色的光穩(wěn)定性。

3.2.4脂滴染色 脂滴即脂質(zhì)液滴，與各種生理過程有著密切的聯(lián)系，其數(shù)量及活動都與許多疾病(如癌癥)相關(guān)聯(lián)。Wang等[24]通過簡單的合成和提純操作做出了兩種簡單的熒光分子(FAS和DPAS)，這兩種分子都展現(xiàn)了聚集誘導(dǎo)發(fā)光(AIE)和激發(fā)態(tài)分子內(nèi)質(zhì)子轉(zhuǎn)移(ESIPT)特性。具有良好生物相容性地FAS和DPAS都能特異性地在活細(xì)胞的脂滴中累積，并在聚集態(tài)分別發(fā)出亮橙色和黃色的光。

3.2.5植物細(xì)胞染色 AIE發(fā)光物在農(nóng)業(yè)，植物工程學(xué)中也有應(yīng)用。Wang等[25]以一種化學(xué)物異長葉烷酮為基礎(chǔ)，設(shè)計(jì)了五種六羥喹唑啉—2—胺基衍生物，成功合成后展示出了良好的AIE特性。這些衍生物可以在固態(tài)時呈現(xiàn)出增強(qiáng)的熒光強(qiáng)度，并且能夠特異性地對鋅離子進(jìn)行熒光成像。他們進(jìn)一步地用蜀葵植物細(xì)胞作為參照，成功地對蜀葵花粉粒內(nèi)的鋅離子成像。

3.3 醫(yī)學(xué)應(yīng)用

與許多傳統(tǒng)的有機(jī)染料或探針相比，AIE效應(yīng)的熒光探針對光漂白的抗性強(qiáng)，由于其以聚合物形式釋放，因此效率更高，且一般具有良好的生物相容性，細(xì)胞毒性較小。如今，關(guān)于具有AIE效應(yīng)的熒光探針在醫(yī)學(xué)方面的應(yīng)用研究已非常廣泛，各種能對離子、細(xì)胞結(jié)構(gòu)進(jìn)行熒光成像的分子被報(bào)道出來。除此之外，也有許多研究將重點(diǎn)放在了熒光探針的其他醫(yī)學(xué)功能方面，如監(jiān)控藥物的運(yùn)輸與釋放、結(jié)合抗菌藥物、腫瘤成像及治療等，有的AIE熒光物還同時兼具上述的幾種醫(yī)學(xué)功能。比如，一種利福平負(fù)載的AIE載體[26]被證實(shí)可定位肉芽腫，并在感染的早期階段發(fā)出熒光信號，達(dá)到早期診斷結(jié)核病的目的。而在抗菌方面，許多學(xué)者將AIE熒光基團(tuán)與其他抗菌物相結(jié)合，合成了新型的AIE抗菌材料[27]，通過不同的機(jī)制殺滅細(xì)菌[28-30]。同時，AIE熒光探針在抗腫瘤治療方面也有廣泛的應(yīng)用[31-34]。另外，還有涉及其他領(lǐng)域的應(yīng)用，如在口腔牙周醫(yī)學(xué)領(lǐng)域中，構(gòu)建AIE熒光探針用于檢測牙菌斑生物膜[35]。

3.3.1監(jiān)控藥物的運(yùn)輸及釋放 Li等[36]開發(fā)了一種用于藥物運(yùn)輸?shù)男滦偷牧姿岱肿樱?,2—二(4—硼酸基苯)—1,2—二苯乙烯(PATPE)，它在DMSO-H2O溶液中，以預(yù)備過的四苯基乙烯和其酯衍生物為基，展現(xiàn)出AIE的效應(yīng)。接著他們將該P(yáng)ATPE分子以一步凝結(jié)法與羥基磷灰石組裝起來，形成一個橢圓型中空的納米膠囊。該納米膠囊在紫外線下發(fā)出強(qiáng)的藍(lán)光，可以進(jìn)一步用于監(jiān)控藥物的運(yùn)輸。他們主要是以布洛芬為模型藥物進(jìn)行了模擬，并得出了該納米膠囊通過熒光強(qiáng)度的改變，能有效顯示藥物釋放的整個過程。

3.3.2抗菌性能與AIE熒光效應(yīng)的結(jié)合 Zheng等[37]開發(fā)了一種既具有抗菌性能，又有AIE效應(yīng)的混合物，是以共價結(jié)合的形式將抗菌金納米簇(Au NCs)和達(dá)托霉素(Dap)結(jié)合在一起的發(fā)光物。他們通過Dap的羧基與濕分子的氨基之間的強(qiáng)共價鍵(酰胺)，將Dap與Au—NCs共價結(jié)合，制備了Dap—AuDAMP NCs化合物。進(jìn)一步的研究顯示，由于AIE效應(yīng)，這種以4,6—二氨基—2—巰基嘧啶介導(dǎo)的熒光離子可以提供最大約4倍的增強(qiáng)熒光。

3.3.3AIE熒光探針在腫瘤成像及治療的應(yīng)用 與惡性腫瘤的抗?fàn)幰恢币詠矶际轻t(yī)學(xué)界的重要課題。Shao等[38]開發(fā)一種能對腫瘤細(xì)胞進(jìn)行成像的有機(jī)喹啉-丙二嗪(QM)納米探針，這是一種可由遠(yuǎn)紅外和近紅外光激發(fā)產(chǎn)生AIE效應(yīng)的具有良好生物相容性并能應(yīng)用于細(xì)胞示蹤的熒光探針。他們設(shè)計(jì)出了以QM為基礎(chǔ)的幾種衍生物，并以QM-2和QM-5為例，經(jīng)過實(shí)驗(yàn)得出其對于正常細(xì)胞及腫瘤細(xì)胞都表現(xiàn)出低毒性的結(jié)果，并且經(jīng)過24 h與HeLa細(xì)胞的孵育后表現(xiàn)出亮的熒光。而Wang等[39]通過將AIE熒光基團(tuán)1,2—二(4—羥苯基)1,2—二苯乙烯與非變位的聚乙炔聚醚腈(polyarylene ether nitrile, PEN)的結(jié)合獲得具有AIE效應(yīng)的PEN。將此AIE-PEN交聯(lián)到具有良好生物相容性的水溶性熒光納米球中，可以成功對癌細(xì)胞進(jìn)行生物成像。Zhang等[40]開發(fā)了一種用于腫瘤光動力學(xué)治療的AIE光敏劑，它是一種聚合物膠束，由包含水楊醛的兩親性聚合物的自組裝形成，將其命名為AIE-M。它可以在溶液中釋放光輻射并產(chǎn)生活性氧，經(jīng)由腫瘤細(xì)胞攝取后，特異性地先逗留在細(xì)胞膜上，接著顯著地在細(xì)胞線粒體中停留，從而釋放出熒光效應(yīng)的同時產(chǎn)生活性氧，使腫瘤細(xì)胞凋亡及壞死。它在無光照時可忽略的毒性以及有光照時的光毒性使其在影像指導(dǎo)的腫瘤光動力學(xué)治療(PDT)中具有讓人期待的潛力。

3.3.4探測牙菌斑生物膜 于娜等[35]基于TPE特殊的發(fā)光機(jī)制構(gòu)建了一種具備熒光信號“開關(guān)”功能的牙菌斑生物膜檢測探針TR4。該探針的熒光部分由四苯基乙烯(tetraphenylethylene, TPE)組成，并與棕櫚酸和親水多肽R4共價連接形成，分別起熒光生發(fā)、粒子組裝與靜電吸附的作用，通過調(diào)節(jié)TPE的聚集狀態(tài)實(shí)現(xiàn)熒光的開關(guān)。TR4中的多肽R4具有較強(qiáng)的正電荷，可以引導(dǎo)TR4通過靜電相互作用與表面帶有負(fù)電荷的牙菌斑生物膜結(jié)合。結(jié)合過程會屏蔽TR4分子的正電荷，使TR4發(fā)生自組裝形成納米粒子，誘導(dǎo)TPE分子的聚集發(fā)光?？蓪?shí)現(xiàn)對牙菌斑生物膜的檢測，是一種既快速又便捷的檢測手段。

4 總結(jié)與展望

由于AIE分子與傳統(tǒng)的其他熒光染料相比，能克服ACQ效應(yīng)，研究者能積極利用聚合過程而不必考慮如何阻止熒光物形成聚集態(tài)，使熒光的應(yīng)用范圍得以擴(kuò)展。AIE熒光探針在生物醫(yī)學(xué)方面應(yīng)用廣泛，包括發(fā)揮熒光傳感功能、細(xì)胞成像、藥物運(yùn)輸及治療等方面。目前有許多AIE分子會隨外界刺激或環(huán)境的變化(如pH、溫度、溶液中離子濃度等)而發(fā)生熒光的變化，與分析物存在“超增強(qiáng)”效應(yīng)，因此，可以作為探測離子濃度變化的敏感探針應(yīng)用；由于AIE分子大多具有良好的生物相容性，通過對熒光基團(tuán)的修飾，可以作為敏感且成像清晰的細(xì)胞染料，目前也有許多研究設(shè)計(jì)了各種用于細(xì)胞核、細(xì)胞膜等染色的AIE熒光物；此外，還有研究者對于AIE探針在其他醫(yī)學(xué)方面的研究擴(kuò)展，利用不同的策略(如：與抗菌藥物的化學(xué)鍵進(jìn)行共價結(jié)合、利用羥基磷灰石等大分子組裝等)組建了不同的AIE分子，實(shí)現(xiàn)了其在腫瘤細(xì)胞的示蹤、腫瘤光動力治療、藥物運(yùn)輸與釋放的熒光顯像等方面的應(yīng)用。

盡管目前AIE分子已有了較成熟的研究與應(yīng)用，但仍然存在一些未解決的問題。一方面，開發(fā)及應(yīng)用能吸收及發(fā)射長波長的AIE分子仍具挑戰(zhàn)；另一方面，目前常見的AIE探針分子在水溶性方面仍有缺陷。隨著Wang等[20]開發(fā)的一種具有水溶性的AIE分子TTVP的出現(xiàn)，如何獲得具有良好水溶性的AIE分子的方法或許會成為熒光成像技術(shù)的研究方向之一。自2001年唐本忠院士研究小組發(fā)現(xiàn)了AIE現(xiàn)象以來，AIE熒光探針已在實(shí)驗(yàn)研究的許多方面得到應(yīng)用，而其更深層的機(jī)制和更獨(dú)特的優(yōu)勢仍值得我們進(jìn)一步去發(fā)掘。