AIE活性两亲性组装体：用于靶向线粒体的多功能生物传感器，可在活体生物中进行细胞成像，并实现荧光激活的BSA检测

《Journal of Photochemistry and Photobiology A: Chemistry》：AIE-active bolaamphiphile assemblies: multifunctional biosensors for mitochondria-targeted cell imaging and fluorescence turn-on BSA sensing in living organisms

牛血清白蛋白（BSA）检测与线粒体靶向成像的AIE活性bolaamphiphile纳米探针研究。通过电static作用形成bolaamphiphile/BSA聚集体，实现0-2000μg/mL范围内线性响应（检测限1.2-1.4μg/mL），并成功靶向线粒体进行活细胞及斑马鱼模型成像。

　　本研究聚焦于开发一种能够用于生物体内和线粒体靶向成像的多功能纳米探针。由于牛血清白蛋白（BSA）在识别多种健康状况和潜在风险方面具有重要作用，因此在生物医学领域中，对BSA的超低水平检测具有迫切的需求。传统方法在灵敏度和选择性方面存在局限，因此需要更高效、更精准的检测手段。本文提出了一种基于球形两亲分子自组装的荧光“开启”型BSA检测方法，并进一步探讨了其在生物成像中的应用潜力。

在生物体内，蛋白质等生物大分子的检测通常受到多种因素的影响，例如分子的电荷性质、水溶性以及在细胞内的分布情况。BSA作为一种带有负电荷的生物大分子，其检测往往需要一种能够与其产生特异性相互作用的探针。本研究中的三种球形两亲分子——TPE-C8-Br、TPE-C8-Ts和TPE-C8-HS，均具有良好的水溶性和低细胞毒性，且其结构中引入了具有聚集诱导发光（AIE）特性的四苯乙烯（TPE）荧光基团。这些特性使得它们能够在生物环境中保持稳定，并且在与BSA相互作用时表现出显著的荧光增强效应。

AIE是一种特殊的荧光现象，其核心在于当分子发生聚集时，荧光强度反而会增加，而不是像传统荧光分子那样因聚集而减弱。这一特性对于生物成像尤为重要，因为它能够有效克服聚集导致的荧光淬灭（ACQ）问题，从而提高检测的灵敏度和准确性。本研究中的三种球形两亲分子，正是基于这一原理设计的，它们能够在与BSA结合后形成稳定的聚集结构，从而激活其AIE特性，实现对BSA的高效检测。

在实验中，研究人员通过调控三种球形两亲分子的结构和自组装方式，使其能够形成不同形态的纳米结构，如一维纳米组装体、二维矩形结构和二维圆形片层。这些不同的结构形态不仅影响了其在溶液中的行为，也对其在生物体内的应用效果产生了重要影响。例如，一维纳米结构可能更适合某些特定的检测环境，而二维结构则可能在成像过程中提供更清晰的信号。此外，由于这些纳米探针具有良好的水溶性和低细胞毒性，它们能够安全地应用于活细胞和生物体的成像研究。

在生物成像方面，线粒体作为细胞内的重要细胞器，具有高度的负电荷特性，这使得它们成为一种理想的靶向对象。研究人员发现，这些球形两亲分子不仅能够有效检测BSA，还能够特异性地靶向线粒体，从而用于细胞内的成像研究。这种靶向能力来源于其正电荷特性，使得它们能够与线粒体膜表面的负电荷基团产生静电相互作用，进而进入线粒体内部。通过这种方式，这些纳米探针能够在细胞内实现对线粒体的高灵敏度成像，同时保持对BSA的检测能力。

在实际应用中，这些纳米探针展现出良好的线性响应范围，能够检测BSA的浓度从0到2000微克/毫升，并且其检测下限分别达到了1.4、0.7和1.2微克/毫升。这一灵敏度对于早期疾病的诊断和治疗监测具有重要意义。此外，这些探针在活细胞和生物体（如斑马鱼）中的应用表明，它们不仅能够用于实验室环境下的检测，还具备在实际生物系统中进行应用的潜力。

本研究的创新点在于，它不仅提供了一种新的方法来检测BSA，还拓展了这些纳米探针在生物成像中的应用。通过结合AIE特性和自组装能力，这些探针能够在不同的生物环境中保持其功能，并且能够根据需要调整其形态和性能。这种多功能性使得它们在生物医学研究中具有广泛的应用前景，例如用于疾病的早期诊断、药物输送监测以及细胞行为研究等。

此外，研究人员还探讨了这些纳米探针在生物系统中的行为，包括它们的水溶性、生物相容性以及在细胞内的分布情况。结果显示，这些探针在水溶液中能够形成稳定的纳米结构，并且在细胞内能够特异性地靶向线粒体，而不影响其他细胞器的正常功能。这种特异性不仅提高了检测的准确性，还减少了对细胞的潜在干扰。

在生物成像过程中，研究人员利用这些纳米探针对活细胞和生物体进行了详细的观察。实验结果表明，这些探针能够清晰地显示线粒体的形态和分布，并且能够实时监测线粒体的活动状态。这种能力对于研究线粒体在疾病发展中的作用至关重要，因为线粒体的功能异常往往与多种疾病相关，如代谢性疾病、神经退行性疾病和癌症等。通过这些纳米探针，研究人员可以更深入地了解线粒体在细胞内的行为，并为相关疾病的诊断和治疗提供新的思路。

本研究还强调了这些纳米探针在实际应用中的可行性。由于它们具有良好的水溶性和低细胞毒性，它们可以被安全地用于生物体内的检测和成像。此外，它们的AIE特性使得它们在低浓度下仍能保持较高的荧光强度，从而提高了检测的灵敏度。这些特性使得这些纳米探针成为一种理想的多功能生物传感器，能够同时实现对BSA的检测和对线粒体的成像。

在研究过程中，研究人员还考虑了这些纳米探针的合成方法和结构优化。通过引入不同的功能基团，他们能够调控纳米探针的自组装行为和荧光响应特性。这种结构调控能力使得研究人员可以根据不同的应用需求，设计和合成具有特定功能的纳米探针。例如，通过改变分子的末端基团，可以进一步提高其对BSA的检测灵敏度，或者增强其对线粒体的靶向能力。

总的来说，本研究为开发一种新型的多功能纳米生物传感器提供了重要的理论和技术支持。这些纳米探针不仅能够用于BSA的高效检测，还能够在生物体内实现对线粒体的高灵敏度成像。通过结合AIE特性和自组装能力，它们在生物医学领域中展现出广阔的应用前景。未来的研究可以进一步优化这些纳米探针的性能，探索其在更广泛生物系统中的应用，以及开发更高效的检测和成像方法。