分子结构工程与聚集效应协同调控AEE活性光敏剂的II型活性氧生成及抗菌性能

《Journal of Molecular Structure》：Molecular structure engineering and aggregation effect to regulate synergistically type II reactive oxygen species and antimicrobial properties of AEE-active photosensitizers

本文系统探讨了给体-受体（D-A）分子结构与聚集现象对聚集增强发射（AEE）光敏剂（PSs）荧光特性及活性氧（ROS）生成效率的协同调控机制。通过设计合成具有不同共轭长度（T1-CN、T2-CN）和区域异构（T3-CN、T4-CN）的AEE光敏剂，研究发现T3-CN在含水环境中显著增强II型ROS（主要为单线态氧1O2）生成，对金黄色葡萄球菌的杀菌效率达99.5%，为优化光动力疗法（PDT）抗菌平台提供了创新策略。

　　

亮点

本研究通过精准调控分子共轭长度与连接位点，揭示了聚集效应与D-A结构对光敏剂ROS生成能力的协同增强机制。T3-CN凭借其独特的分子构型，在纳米颗粒中展现出卓越的II型ROS产率，为耐药菌感染提供了新型光动力治疗策略。

合成与表征

光敏剂T1-CN、T2-CN、T3-CN和T4-CN的具体合成路线见方案1，详细步骤与表征数据支持信息中提供（方案2及方案S1）。中间体与终产物的结构均通过核磁共振氢谱（¹H NMR）和碳谱（¹³C NMR）确认（图S1-S11）。

光物理与AIE特性

通过紫外-可见吸收光谱分析分子光物理性质。图1a展示了分子在四氢呋喃中的归一化紫外吸收光谱，所有化合物在300-500纳米范围内呈现宽吸收带，归因于分子内电荷转移（ICT）效应。随着水含量增加，T1-CN、T3-CN和T4-CN的荧光强度显著增强，证实其聚集增强发射（AEE）特性。例如，当水分数达到99%时，T1-CN的荧光强度提升至纯四氢呋喃中的12.5倍，而T3-CN和T4-CN分别增强9.9倍和16.3倍。

活性氧生成与抗菌活性

通过电子自旋共振（ESR）和荧光探针检测ROS生成能力，发现T1-CN和T3-CN主要产生II型ROS（单线态氧¹O₂）。其纳米颗粒（T1-NPs和T3-NPs）在光照下对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌均表现出显著抗菌效果。T3-NPs在10微克/毫升浓度下，对金黄色葡萄球菌的杀菌效率高达99.5%，对大肠杆菌为64.3%。这种高效抗菌性能源于D-A结构促进的电荷分离、聚集效应抑制的非辐射衰减，以及咔唑基团可能赋予的固有抗菌活性。

结论

我们成功开发了四种以吲哚为核心的AIE光敏剂，系统研究了AIE基团与D-A构型对其光动力抗菌活性的协同影响。T1-CN、T3-CN和T4-CN在高水含量下均表现出显著的AEE特性，其中T3-CN的II型ROS生成能力尤为突出。纳米颗粒实验证实T3-NPs具备优异的抗菌潜力，为设计新型光动力抗菌平台提供了分子级见解。