酸性环境广泛存在于自然界和生物体中，是重要环境和生理参数，因此，对其实现快速可视化传感至关重要。然而，能够实现广范围的酸性检测材料依然匮乏。绿色荧光蛋白的发光团2-羟基咪唑啉酮 (HBI)，具有一定酸致变色性能和聚集诱导发光（AIE）性能，是构筑酸响应性的理想模块，但是其酸致变色机理不清晰，AIE性能不理想等问题尚未解决。
基于以上问题，作者基于构筑了一系列基于NBI型AIEgens，阐明了D-A、D-A-π和D-A-A分子结构对NBI衍生物光物理性质的调控作用，实现了对其吸收和发射光谱的广色域调控。由于其双质子化位点的结构特点，不同酸度下呈现出独特的多色、多步酸致变色行为，可实现超宽范围的多级酸度检测。通过光物理测试结合理论计算，作者揭示了该系列分子内N原子的质子化顺序和酸致变色之间的关系。
图1 酸响应性AIEgens的构筑（上）及其酸致变色行为（下）
食品变质过程中产生大量的生物胺，因此及时定量其浓度是一项挑战。为了解决这个问题，酸化的AIEgens芯片可实现双通道(可见光和荧光)实时监测鱼类腐败的过程。腐败时间的延长，荧光从黄色转变为鲜艳的红色，具有良好的预警作用。同时，也开发出实时监测环境中酸性蒸汽和NH3或有机胺水平的LED器件。这些器件表现出对酸碱气体浓度的强烈依赖，展示了一种动态的多色酸碱变色，适用于农业、食品安全评估和相关领域的应用。
图2、双通道AIE食品检测芯片对鱼肉腐败过程实时监测的可见光照片和荧光照片（右）。AIEgens的LED装置对酸性蒸汽和NH3蒸汽的循环响应（左）。
水凝胶作为一类具有良好的柔韧性，生物相容性的软材料，广泛应用于生物医学治疗中。作者以水凝胶为主体，利用分子间静电作用机理，设计并制备了基于NBI型有机硼AIEgens的自预警仿生软体致动器。在酸性下，发生显著的收缩行为，并伴随着荧光颜色由红色变为黄绿色，并通过制备双层自预警仿生软体制动器水凝胶器件，可实现酸驱动下的重物自预警和可控释放。这类宽响应范围、高对比度的自预警仿生软体制动器的制备，为新型自预警仿生软体制动器提供了重要的设计策略和理论基础。（Biosens & Bioelectron, 2024, 263, 116582）。
图3、可控仿生抓手的构筑和在酸性环境中对重物的可控释放
指纹具有唯一性和不变性，因此指纹识别被广泛应用于门禁、刑事侦查等领域。荧光成像技术由于其对潜指纹的高精度显影效果，在众多检测方法中脱颖而出。相对于可见光成像，近红外发光可以克服背景光干扰，获得更高分辨率的成像结果。因此，作者研究了具有良好的近红外荧光性能的NEArBM分子体系，在指纹显影中的应用。
图4、有机硼AIEgens对潜指纹1 – 3级结构的原位高分辨荧光成像（左）；有机硼AIEgens对汗液和皮脂中油脂的识别效果，及其薄膜疏水性的测试（右）。
该类AIEgens可以通过简单的雾化喷撒法，对附着在不同位置和基底上的潜指纹进行无损实时探测，并实现了对潜指纹1 – 3级结构的原位高分辨荧光成像。其识别机理源于分子本身的亲油性和粘度响应性，能有效识别皮脂和汗液中的油酸等高粘度油性物质，从而导致其聚集诱导发光行为，释放出强烈的近红外发光。出色的3级结构成像能力使其可以用于分析受损的指纹片段，并作出身份鉴定。此外，该成像方法对角落、锯齿状材料表面和各种基材提供了出色的通用性。（Chin. J. Chem. 2023. 41,1465-1470）该系列研究工作深入探讨了分子结构对NBI衍生物光物理性质的调控作用，实现了对其吸收和发射光谱的广色域调控。并通过一系列手段对其酸致变色机理进行了深入探讨，明确了双N原子的质子化顺序。将NEArBM与水凝胶结合后在酸的作用先表现出长度，颜色，荧光等多维度变化，制备的双层自预警仿生软体致动器，实现酸驱动下的重物自预警和可控释放。由于NEArBM具有良好的TICT性能，通过直接喷雾法可以实现1-3级潜指纹原位高分辨率成像。并明确了基于疏水性的成像机理。该系列研究在酸性生物环境中的靶向药物递送、控制释放系统、软机器人和高分辨指纹显影等领域具有良好的应用价值。
上述研究成果分别以“Stimuli-Responsive AIEgens with an Ultra Acidochromic Scope for Self-Reporting Soft Actuators.”为题发表在Biosensors & Bioelectronics上(中科院SCI一区TOP，Biosens & Bioelectron, 2024, 263, 116582)，以及“High-Resolution Imaging of Latent Fingerprints Through Near-Infrared Organoboron AIEgens.”为题发表在Chin. J. Chem.上（中科院SCI一区，Chin. J. Chem., 2023, 41,1465—1470）。以上工作由汪金金同学完成，刘立杰老师为通讯作者，河南农业大学为第一单位。该系列工作得到了香港中文大学（深圳）唐本忠院士，赵征教授和香港科技大学杨晶磊教授的指导。该工作得到了河南农业大学拔尖人才计划（30501032）、国家自然科学基金（22305070）等基金的资助。
作者简介：
课题组网站：https://www.x-mol.com/groups/lijieliu/publications
论文链接：
Stimuli-Responsive AIEgens with an Ultra Acidochromic Scope for Self-Reporting Soft Actuators.
Biosens & Bioelectron, 2024, 263, 116582
https://doi.org/10.1016/j.bios.2024.116582
High-Resolution Imaging of Latent Fingerprints Through Near-Infrared Organoboron AIEgens.
Chin. J. Chem., 2023, 41,1465—1470.
https://doi.org/10.1002/cjoc.202200677