AIEgens究竟是如何针对细菌的？利用靶向机制设计灵敏的荧光免疫传感器

细菌成像和检测在临床诊断和食品安全中发挥着至关重要的作用，可用于确定感染和污染的起源，指导治疗，并追踪污染源。基于荧光的细菌成像和检测策略因其极其敏感、简单和快速而引起了相当大的兴奋。唐本忠团队在2001年发现的聚集诱导发射发光物质(AIEgens)为荧光传感提供了新的选择。在细菌成像和检测过程中，AIEgens通常比传统氟化物表现出更高的信噪比、更好的光稳定性和更高的信号可靠性。AIEgens的使用引发了强烈的研究兴趣，它们在荧光细菌传感方面提供了一系列可能性。

现有的基于AIEgens的细菌成像和检测设计策略包括：（1）通过静电相互作用将带正电荷的AIEgens裁剪成目标细菌。Zhou的团队定制了一系列具有不同正电荷、负电荷或零电荷的AIEgens，以确定电荷在AIEgens与各种细菌相互作用中的作用。大多数学者认为，四苯乙烯（TPE）被正电荷取代后，与革兰氏阳性菌（G⁺）和革兰氏阴性菌（G^-）相互作用后，其发射强度要比中性的AIEgens强得多。（2）将AIEgens与配体功能化，如多肽或两亲性共聚物，可以使它们在配体与细菌表面结合时锚定在细菌上。例如，Liu和Zhang等人合作设计了一种基于万古霉素功能化TPE衍生物的AIE探针，基于万古霉素对G⁺细菌细胞壁上存在的N-acyl-d-Ala-d-Ala肽聚糖序列的特异性结合亲和力，用于G⁺细菌的选择性成像、裸眼识别和光动力杀伤。AIE纳米颗粒也通过自组装构建，用于细菌的响应性检测和成像。Zeng的团队设计了一种AIE活性四苯基咪唑分子，可以在水溶液中自组装成AIE荧光纳米颗粒。形成的AIE纳米颗粒分别通过带正电的吡啶与AIE纳米颗粒烷基链的静电和疏水作用，选择性地与G⁺细菌结合，实现对G⁺细菌的选择性成像、检测和杀灭。

在设计具有细菌靶向和传感能力的AIEgens的各种策略中，携带正电荷对应物的AIEgens已被广泛研究。理论上讲，带负电荷的细菌对阳离子的AIEgens有强烈的静电吸引作用。静电相互作用是大多数研究人员普遍接受的负责最初针对细菌的阳离子AIEgens。然而，这种相互作用的机制只是推测，还没有在原子水平上得到实验证明。在微观层面明确AIEgens的靶向机制，有助于合理设计先进的AIEgens结构，构建靶向能力比当前传感器更强的AIEgens荧光传感器。

在本研究中使用大规模分子动力学模拟来确定AIEgens细菌靶向行为的内在机制，成功地在显微镜水平上绘制了TBP-1在细菌中的易位，并在介观水平上进行了细胞成像。在以前发表的文章中报道的传统的基于AIEgens的均匀荧光策略的细菌靶向的特异性是令人沮丧的。此外，传统均质荧光策略（约10⁵-10⁶ CFU/mL）的灵敏度低于商业食源性病原体检测试剂盒（约10³-10⁴ CFU/mL）。只有少数研究使用抗体作为结合细菌的特异性识别分子。虽然该方法在一定程度上提高了检测的特异性和敏感性，但仍存在一些不足，包括AIE纳米颗粒的合成复杂，表面修饰繁琐，成对抗体的制备费时。因此结合AIEgens的细菌“点亮”能力，并通过对其机制的研究验证，构建了一种更简单的基于AIEgens的横向流动免疫分析法，以提高细菌检测的敏感性和特异性。基于其出色的多功能性，这种基于细菌“点亮”的LFIA可用于检测各种食源性病原体。此外，该方法灵敏度高，特异性强，设计简单，检测细菌速度快，为食源性致病菌检测提供了新的方向和思路。

参考文献：Leina Dou, Qing Li, Yuchen Bai, Jiaqian Kou, Xiaonan Wang, Qian Zhao, Xuezhi Yu, Kai Wen, Zhanhui Wang, Jianzhong Shen, and Wenbo Yu. How Exactly Do AIEgens Target Bacteria? Leveraging the Targeting Mechanism to Design Sensitive Fluorescent Immunosensors. (2023) DOI: 10.1021/acs.analchem.2c04983