From Protogenesis to Functionalization： Luminescence， Modification and Application of AIE⁃active Natural Products

doi:10.7503/cjcu20260042

Abstract

Abstract:

Aggregation-induced emission（AIE） has been evolved into an emerging scientific field pioneered by Chinese scientists and now attracting extensive interest worldwide， with the development of AIE study for more than twenty years. With the increasing depletion of global fossil energy， there is a growing demand for AIE materials derived from natural products and an urgent need for their efficient utilization， exemplified by the increasing attention on bioresource-based aggregation-induced emission luminogens（BioAIEgens） due to their merits of wide raw material resources， low cost， high biocompatibility and great diversity. These BioAIEgens materials have been used in study of chemosensing， bioimaging， food inspection， tumor theranostics， etc. However， most BioAIEgens still face the challenges of hard modification， low luminescence efficiency， limited functionalization， insufficient utilization， and limited application sites. In the review， the AIE mechanism behind is outlined. According to the classifications of alkaloids， flavonoids， coumarins and terpenoids， the luminescence properties and structural modifications of recently reported BioAIEgens are analyzed and summarized. And the luminescence mechanism and applications of these materials are discussed. It is hoped that this review could provide insights for the future development of novel efficient BioAIEgens.

Key words: Aggregation-induced emission, Restriction of intramolecular motions, Natural compound, Functiona-lization

CLC Number:

O629

TrendMD:

YIN Shiqi, ZHENG Zhigang, HE Xintong, WANG Shimin, GU Xinggui, WANG Erjing. From Protogenesis to Functionalization： Luminescence， Modification and Application of AIE⁃active Natural Products[J]. Chem. J. Chinese Universities, 2026, 47(5): 20260042.

Figures/Tables 14

References 95

[1]	Luo J.， Xie Z.， Lam J. W. Y.， Cheng L.， Chen H.， Qiu C.， Kwok H. S.， Zhan X.， Liu Y.， Zhu D.， Tang B. Z.， Chem. Commun.， 2001，（18）， 1740—1741
[2]	Yu X.， Zhang H.， Yu J.， Aggregate， 2021， 2， 20—34
[3]	Wang B.， Li W.， Liu J.， Gan T.， Gao S.， Li L.， Zhang T.， Zhou Y.， Shi Z.， Li J.， Liu Y.， Yu J.， Adv. Mater.， 2025， 37， 2407154
[4]	Sun J.， Li H.， Gu X.， Tang B. Z.， Adv. Healthcare Mater.， 2021， 10， 2101177
[5]	Yang Z.， Grinchuk V.， Shea⁃Donohue T.， Che C. T.， Lao L.， Wu J. C.， Sung J. J.， Berman B.， Zhao A.， Gastroenterology， 2011， 140， S515
[6]	Hu J. D.， Zheng H. Y.， Zheng Z. H.， Huang L. Y.， Lv L. H.， Chen Y. Y.， Blood， 2007， 110， 4296
[7]	Kumagai T.， Muller C.， Desmond J. C.， Imai Y.， Heber D.， Koeffler H. P.， Blood， 2004， 104， 4491
[8]	Gu Y.， Zhao Z.， Su H.， Zhang P.， Liu J.， Niu G.， Li S.， Wang Z.， Kwok R. T. K.， Ni X. L.， Sun J.， Qin A.， Lam Jacky W. Y.， Tang B. Z.， Chem. Sci.， 2018， 9， 6497—6502
[9]	Kim H. S.， Kim M. J.， Kim E. J.， Yang Y.， Lee M. S.， Lim J. S.， Biochem. Pharmacol.， 2012， 83， 385—394
[10]	Zhu F.， Qian C.， BMC Neurosci.， 2006， 7， 78
[11]	Luiza Andreazza N.， Vevert⁃Bizet C.， Bourg⁃Heckly G.， Sureau F.， José Salvador M.， Bonneau S.， Int. J. Pharm.， 2016， 510， 240—249
[12]	Sun J.， Lv C.， Zhang T.， Zang J.， Zhao G.， Food Chem.， 2025， 467， 142260
[13]	Gu W.， Hu J.， Li L.， Hong M.， Yang C.， Ren G.， Ye J.， Zhou S.， Environ. Sci. Technol.， 2024， 58， 20434—20443
[14]	Lee M. M. S.， Yu E. Y.， Chau J. H. C.， Lam J. W. Y.， Kwok R. T. K.， Wang D.， Tang B. Z.， Biomaterials， 2022， 288， 121712
[15]	Xu L.， Coord. Chem. Rev.， 2024， 506， 215701
[16]	Fan W.， Li Z.， Chen K.， Wang Z.， Yang L.， Coord. Chem. Rev.， 2025， 542， 216843
[17]	Zhong W.， Lin Y.， Zhao Z.， Cai X. M.， Zhang B.， ChemCatChem， 2025， 17， e202401510
[18]	Cai X. M.， Chen X.， Zhao Z. C.， Lin Z. M.， Ding C.， Tang P. Y.， Tang B. Z.， Chemistry and Industry of Forest Products， 2026⁃02⁃09
	蔡旭敏，陈晓，赵智辰，林子淼，丁灿，唐平玉，唐本忠. 林产化学与工业， 2026⁃02⁃09
[19]	Liu Y. Y.， Zhang X.， Li K.， Peng Q. C.， Qin Y. J.， Hou H. W.， Zang S. Q.， Tang B. Z.， Angew. Chem. Int. Ed.， 2021， 60， 22417—22423
[20]	Weller A.， Naturwissenschaften， 1955， 42， 175—176
[21]	Zhou P.， Han K.， Aggregate， 2022， 3， e160
[22]	Rotkiewicz K.， Grellmann K. H.， Grabowski Z. R.， Chem. Phys. Lett.， 1973， 19， 315—318
[23]	Wang C.， Chi W.， Qiao Q.， Tan D.， Xu Z.， Liu X.， Chem. Soc. Rev.， 2021， 50， 12656—12678
[24]	He Z. K.， Zhao E. G.， Mechanism of Aggregation⁃Induced⁃Emission， Science Press， Beijing， 2024， 8—13
	何自开，赵恩贵. 聚集诱导发光机理，北京：科学出版社， 2024， 8—13
[25]	Li Q.， Wang B.， Peng S.， Wei H.， Li P.， Leng Y.， Huang X.， LWT， 2024， 193， 115762
[26]	Chen L.， Zhang H.， Li S.， Li Y.， Zhao Y.， Zeng Q.， Liu H.， Wang J. J.， Food Packag. Shelf Life， 2024， 46， 101354
[27]	Ma K.， Zhe T.， Li F.， Zhang Y.， Yu M.， Li R.， Wang L.， Food Hydrocoll.， 2022， 123， 107147
[28]	Li Q.， Liu Y.， Liu S.， Zhang S.， Yu X.， Wan Z.， Yuan Y.， Der Meeren P. V.， Yang X.， Chem. Eng. J.， 2025， 512， 162677
[29]	Lee M. M. S.， Zheng L.， Yu B.， Xu W.， Kwok R. T. K.， Lam J. W. Y.， Xu F.， Wang D.， Tang B. Z.， Mat. Chem. Front.， 2019， 3， 1454—1461
[30]	Ni J. S.， Lu G. H.， Spectrochim. Acta， Part A， 2023， 300， 122908
[31]	Zhu W.， Ma K.， Yan Z. C.， Wu Q.， Wang D.， Tang B. Z.， Mat. Chem. Front.， 2021， 5， 5410—5417
[32]	Wang X.， Wang Z.， Dong F.， Yang D.， Yin L.， Han L.， Anal. Chem.， 2023， 95， 13864—13871
[33]	Liu Z. H.， Wang W. M.， Zhang Z.， Sun L.， Wu S. C.， Front. Pharmacol.， 2022， 13， 813172
[34]	Lian X.， Zeng Y.， Wei H.， Niu Y.， Zheng X.， Surf. Interfaces， 2025， 64， 106311
[35]	Ling X.， Huang L.， Li Y.， Wan Q.， Wang Z.， Qin A.， Gao M.， Tang B. Z.， Mater. Horizons， 2020， 7， 2696—2701
[36]	Meng Q.， Tan Y.， Sang E. E.， Teng Q.， Chen P.， Wang Y.， Org. Biomol. Chem.， 2024， 22， 4739—4747
[37]	Li Z. H.， Li D.， Li Y.， Li R.， Kong H.， Qu Y.， Wu Y.， Liu J.， Qin S.， Zhang E.， Tu Y. Q.， Chem. Eng. J.， 2025， 519， 165603
[38]	Li R. T.， Chen M.， Yang Z. C.， Chen Y. J.， Huang N. H.， Chen W. H.， Chen J.， Chen J. X.， Nanoscale， 2022， 14， 98189831
[39]	Shen N.， Wang T.， Gan Q.， Liu S.， Wang L.， Jin B.， Food Chem.， 2022， 383， 132531
[40]	Sengupta P. K.， Kasha M.， Chem. Phys. Lett.， 1979， 68， 382—385
[41]	Lu L.， Yang M.， Kim Y.， Zhang T.， Kwon N.， Li H.， Park S.， Yoon J.， Cell Rep. Phys. Sci.， 2022， 3， 100745
[42]	Qi C.， Li Q.， Chen P.， Wei K.， Hong J.， Tang L.， Feng H. T.， Tang B. Z.， Dyes Pigm.， 2023， 216， 111367
[43]	He T.， Niu N.， Chen Z.， Li S.， Liu S.， Li J.， Adv. Funct. Mater.， 2018， 28， 1706196.
[44]	Sun L.， Wang X.， Shi J.， Yang S.， Xu L.， Spectrochim. Acta， Part A， 2021， 249， 119303.
[45]	Long R.， Tang C.， Xu J.， Li T.， Tong C.， Guo Y.， Shi S.， Wang D.， Chem. Commun.， 2019， 55， 10912—10915
[46]	Tong C.， Shi F.， Tong X.， Shi S.， Ali I.， Guo Y.， TrAC， Trends Anal. Chem.， 2021， 137， 116222.
[47]	Wang G.， Wang Y.， Yao L.， Gu W.， Zhao S.， Shen Z.， Lin Z.， Liu W.， Yan T.， Evid.⁃Based Complement Altern. Med.， 2022， 2022， 3997190
[48]	Wang K.， Lv P.， Liu M.， Mei Y.， Zhang Y.， Zheng Y.， Guan J.， Appl. Organomet. Chem.， 2025， 39， e70368
[49]	Long R.， Tang C.， Yang Z.， Fu Q.， Xu J.， Tong C.， Shi S.， Guo Y.， Wang D.， J. Mater. Chem. C， 2020， 8， 11860—11865
[50]	Peng L.， Zhou Z.， Wang X.， Wei R.， Li K.， Xiang Y.， Tong A.， Anal. Chim. Acta， 2014， 829， 54—59
[51]	Khairnar P. V.， Lung T. H.， Lin Y. J.， Wu C. Y.， Koppolu S. R.， Edukondalu A.， Karanam P.， Lin W.， Org. Lett.， 2019， 21， 4219—4223
[52]	Wang K.， Song L. H.， Liang Q. L.， Zhang Y.， Ma X. L.， Wang Q.， Zhang H. Y.， Jiang C. N.， Wei J. H.， Huang R. Z.， Eur. J. Med. Chem.， 2023， 254， 115349
[53]	Qamar M.， Shafiullah， Sultanat， Lal H.， Rizvi A.， Farhan M.， Spectrochim. Acta， Part A， 2024， 321， 124757
[54]	Lin Y.， Song Y.， Jin Y.， Wang B.， Fan C.， Dyes Pigm.， 2020， 183， 108711
[55]	Yamauchi M.， Yokoyama K.， Aratani N.， Yamada H.， Masuo S.， Angew. Chem. Int. Ed.， 2019， 58， 14173—14178
[56]	Shen H.， Shi P.， Liu E.， Fang Y.， Xu S.， Gong J.， Huang Y.， Sci. China Mater.， 2024， 67， 3561—3569
[57]	Liang G.， Weng L. T.， Lam J. W. Y.， Qin W.， Tang B. Z.， ACS Macro Lett.， 2014， 3， 21—25
[58]	Yoshii R.， Hirose A.， Tanaka K.， Chujo Y.， J. Am. Chem. Soc.， 2014， 136， 18131—18139
[59]	You J.， Cao D.， Hu T.， Ye Y.， Jia X.， Li H.， Hu X.， Dong Y.， Ma Y.， Wang T.， Dyes Pigm.， 2021， 184， 108865
[60]	Simkovitch R.， Huppert D.， J. Phys. Chem. B， 2015， 119， 10244—10251
[61]	Fan L.， Tong C.， Cao Y.， Long R.， Wei Q.， Wang F.， Tong X.， Shi S.， Guo Y.， Talanta， 2022， 246， 123517
[62]	Huang X. C.， Tang H.， Wei X.， He Y.， Hu S.， Wu J. Y.， Xu D.， Qiao F.， Xue J. Y.， Zhao Y.， Nat. Commun.， 2024， 15， 6864
[63]	He B. T.， Liu Z. H.， Li B. Z.， Yuan Y. J.， Microb. Cell. Fact.， 2022， 21， 152
[64]	Shaterian H. R.， Aghakhanizadeh M.， Chin. J. Catal.， 2013， 34， 1690—1696
[65]	Yin Z.， Wang N.， Li Q.， Arabian J. Chem.， 2024， 17， 105542
[66]	Li S.， Li X.， Liu J.， Lin Y.， Zhang X.， Zhong W.， Li J.， You C.， Wang D.， Zhang J.， Xu X.， Cai X. M.， Zhang C. Y.， iScience， 2025， 28， 112520
[67]	Chen S. S.， Wang H.， Wu B.， Li Q.， Gong J.， Zhao Y. L.， Zhao Y.， Xiao X.， Lam J. W. Y.， Zhao Z.， Luo X. D.， Tang B. Z.， ACS Central Sci.， 2023， 9， 883—891
[68]	Zhang H.， Xia Y.， Li D.， Hou R.， Aggregate， 2025， 6， e70192.
[69]	Su L. J.， Bao Q. L.， Yanf Y. H.， Luo J. P.， Yang J.， Zhang J. T.， Tao X.， Chuan Y. M.， Yang L. J.， Chem. J. Chinese Universities， 2023， 44（4）， 20220549
	苏丽娇，保秋连，杨云汉，罗建萍，杨举，张郡童，陶欣，钏永明，杨丽娟. 高等学校化学学报， 2023， 44（4）， 20220549
[70]	Ren F.， Liu Z.， Lei Y.， Dai W.， Shi J.， Cai Z.， Tong B.， Dong Y.， Dyes Pigm.， 2021， 188， 109222
[71]	Cao D.， Liu Y.， Yan W.， Wang C.， Bai P.， Wang T.， Tang M.， Wang X.， Yang Z.， Ma B.， Ma L.， Lei L.， Wang F.， Xu B.， Zhou Y.， Yang T.， Chen L.， J. Med. Chem.， 2016， 59， 5721—5739
[72]	Li Y.， Lei Y.， Dong L.， Zhang L.， Zhi J.， Shi J.， Tong B.， Dong Y.， Chem. Eur. J.， 2019， 25， 573—581
[73]	Bu F.， Duan R.， Xie Y.， Yi Y.， Peng Q.， Hu R.， Qin A.， Zhao Z.， Tang B. Z.， Angew. Chem. Int. Ed.， 2015， 54， 14492—14497
[74]	Xiao H.， Chen K.， Cui D.， Jiang N.， Yin G.， Wang J.， Wang R.， New J. Chem.， 2014， 38， 2386—2393
[75]	Zhang K.， Shu J.， Chu W.， Liu X.， Xu B.， Jiang W.， Dyes Pigm.， 2021， 185， 108898
[76]	Zhang L.， Chai F.， Dong H.， Bao Y.， Yan K.， Min S.， Yao Y.， Li S.， Liu Y.， Gao T.， Wang J.， Liu Y.， J. Phys. Chem. Let.， 2024， 15， 10866—10872
[77]	Li Y.， Liu J.， Liu D.， Li X.， Xu Y.， Comput. Mater. Sci.， 2019， 161， 163—176
[78]	Gundogdu Hizliates C.， J. Heterocycl. Chem.， 2019， 56， 2017—2026
[79]	Ji L.， Fu A.， Zhang Y.， Xu Y.， Xi Y.， Cui S.， Gao N.， Yang L.， Shang W.， Yang Z.， He G.， Anal. Chim. Acta， 2025， 1334， 343425
[80]	Cai X. M.， Li S.， Wang W. J.， Lin Y.， Zhong W.， Yang Y.， Kühn F. E.， Li Y.， Zhao Z.， Tang B. Z.， Adv. Sci.， 2024， 11， 2307078
[81]	Wu Y.， Zhu W.， Chem. Soc. Rev.， 2013， 42， 2039—2058
[82]	Shreykar M. R.， Sekar N.， J. Fluoresc.， 2017， 27， 1687—1707
[83]	Yang Y.， Zhong H.， Wang B.， Ren X.， Song X.， Chin. Chem. Lett.， 2023， 34， 107674
[84]	Kim D.， Sambasivan S.， Nam H.， Hean Kim K.， Yong Kim J.， Joo T.， Lee K. H.， Kim K. T.， Han Ahn K.， Chem. Commun.， 2012， 48， 6833—6835
[85]	Yoshihara T.， Maruyama R.， Shiozaki S.， Yamamoto K.， Kato S. I.， Nakamura Y.， Tobita S.， Anal. Chem.， 2020， 92， 4996—5003
[86]	Lee S.， Sivakumar K.， Shin W. S.， Xie F.， Wang Q.， Bioorg. Med. Chem. Lett.， 2006， 16， 4596—4599
[87]	Zhang X.， Wang X.， Zhang Y.， Wang F.， Zhang C.， Li X.， Biotechnol. Adv.， 2023， 64， 108124
[88]	Schneider F.， Pan L.， Ottenbruch M.， List T.， Gaich T.， Acc. Chem. Res.， 2021， 54， 2347—2360
[89]	Li R.， Morris⁃Natschke S. L.， Lee K. H.， Nat. Prod. Rep.， 2016， 33， 1166—1226
[90]	González M. A.， Pérez⁃Guaita D.， Correa⁃Royero J.， Zapata B.， Agudelo L.， Mesa⁃Arango A.， Betancur⁃Galvis L.， Eur. J. Med. Chem.， 2010， 45， 811—816
[91]	González M. A.， Nat. Prod. Rep.， 2015， 32， 684—704
[92]	Tagat J. R.， Nazareno D. V.， Puar M. S.， Mccombie S. W.， Ganguly A. K.， Bioorg. Med. Chem. Lett.， 1994， 4， 1101—1104
[93]	Duan W. G.， Li X. R.， Mo Q. J.， Huang J. X.， Cen B.， Xu X. T.， Lei F. H.， Holzforschung， 2011， 65， 191—197
[94]	Cai X. M.， Lin Y.， Li Y.， Chen X.， Wang Z.， Zhao X.， Huang S.， Zhao Z.， Tang B. Z.， Nat. Commun.， 2021， 12， 1773
[95]	Xiong Y.， Zhong W.， Zhang X.， Lin Y.， Tang Z.， Li S.， Cai X. M.， Dyes Pigm.， 2023， 218， 111475