昆明植物所与合作者发现植物香豆素异构体的荧光特性、机理及其细胞成像的潜在价值
天然产物通常具有独特的化学结构和良好的生物活性，然而它们的荧光性质却常被忽略，它们固有的荧光特性可以帮助我们“看见”分子在细胞中的行为，探索药物的作用靶点和机制。经典的荧光染料大多是有机合成分子，通常在固态或水体系中存在聚集诱导猝灭（ACQ）效应。唐本忠院士团队发现的聚集诱导发光（AIE）分子因在聚集态可以实现高效发光而被广泛应用于光学器件、传感、生物成像和光动力治疗等领域。目前大部分AIE分子都是基于限制分子运动（RIM）机理合成的，普遍含有转子结构，这在一定程度上限制了想象力和AIE分子的结构多样性。
中国科学院昆明植物研究所罗晓东团队陈珊珊博士在对民族药用植物飞龙掌血（Toddalia asiatica）化学成分及生物功能研究的过程中，发现其干燥根茎及新鲜植物幼嫩的根部均可以发出很强的蓝色荧光，这预示着其中可能含有可以高效聚集态发光的分子。随后从中发现了不含转子结构的天然AIE香豆素分子，且仅取代基位置不同的同分异构体却展现出完全不同的荧光特性。进一步与AIE领域专家唐本忠院士和赵征教授团队合作，深入挖掘了其中香豆素类成分不同荧光特性背后的机制及潜在的利用价值。研究表明：6-methoxyseselin在聚集态因限制分子振动导致荧光增强；而5-methoxyseselin是一种极其反常的AIE分子，在固态荧光增强，但在水中聚集态由于氢键介导的电子/能量转移导致荧光猝灭（很容易与ACQ分子混淆）。有趣的是当该分子进入细胞后，能特异性地聚集到线粒体使荧光恢复，从而实现细胞线粒体免洗成像。本研究不仅为荧光天然产物的开发利用提供了方向，也为天然AIE分子的快速发现提供了新思路。同时，5-MOS作为反常的AIE分子模型也有助于我们加深对AIE的认识，进而推动AIE机理的不断发展和完善。
该研究成果以Natural Coumarin Isomers with Dramatically Different AIE Properties: Mechanism and Application为题，在线发表于美国化学会综合性旗舰期刊ACS Central Science。研究工作得到了春城科技领军人才项目、深圳市科技创新委员会等的支持。
图1 天然AIE香豆素的发现
图2 单晶分析及理论计算
图3 两分子AIE曲线对比
图4 5-MOS的溶剂效应及其反常AIE现象的机理示意图
图5 免洗细胞成像（5-MOS）
图6 共定位成像分析