Abstract Theranostics referring to the ingenious integration of diagnostics and therapeutics has garnered tremendous attention in these years as it provides a promising opportunity for modern personalized and precision medicine. By virtue of the good biocompatibility, outstanding fluorescence property, easy processability and functionalization, promoted photosensitizing efficiency, as well as facile construction of multi‐modality theranostics, fluorophores with aggregation‐induced emission (AIE) characteristics exhibit inexhaustible and vigorous vitality in the field of theranostics. Numerous significant breakthroughs and state‐of‐the‐art progression have been witnessed in the past few years. This review highlights the tremendous aggregation‐enhanced superiorities of AIE luminogens (AIEgens) in disease theranostics mainly involving diagnostic imaging (fluorescence and room temperature phosphorescence), therapeutic intervention (photodynamic therapy), and feasibility in construction of multi‐modality theranostics based on the experimental measurements and theoretical simulations. Additionally, the latest and advanced developments of AIEgens in disease theranostics in the aspect of corresponding strategies to design highly effective AIE‐active theranostics through triggering aggregation formation are comprehensively summarized. Moreover, a brief conclusion with the discussion of current challenges and future perspectives in this area is further presented.

The first water-soluble NIR AIEgen was synthesized and used for ultrafast wash-free cellular imaging and photodynamic cancer cell ablation.

Aqueous solutions of levulinic acid can be catalytically processed, through the intermediate formation of γ-valerolactone (GVL), to an organic liquid stream that spontaneously separates from water, and is enriched in pentanoic acid and 5-nonanone. This organic layer can serve as a source of chemicals or can be upgraded to hydrocarbon fuels.

Bacterial infectious diseases, especially those caused by Gram-positive bacteria, have been seriously threatening human health. Preparation of a multifunctional system bearing both rapid bacterial differentiation and effective antibacterial effects is highly in demand, but remains a severe challenge. Herein, we rationally designed and successfully developed a sequence of aggregation-induced emission luminogens (AIEgens) with orderly enhanced D–A strength. Evaluation of structure–function relationships reveals that AIEgens having intrinsic positive charge and proper ClogP value are able to stain Gram-positive bacteria. Meanwhile, one of the presented AIEgens (TTPy) can generate reactive oxygen species (ROS) in extraordinarily high efficiency under white light irradiation due to the smaller singlet–triplet energy gap. Thanks to the NIR emission, excellent specificity to Gram-positive bacteria, and effective ROS generation efficiency, TTPy has been proved to perform well in selective photodynamic killing of Gram-positive bacteria in vitro, such as S. aureus and S. epidermidis, even in S. aureus-infected rat wounds.

Abstract Aiming to achieve versatile phototheranostics with the integrated functionalities of multiple diagnostic imaging and synergistic therapy, the optimum use of dissipated energy through both radiative and nonradiative pathways is definitely appealing, yet a significantly challenging task. To the best of the knowledge, there have been no previous reports on a single molecular species effective at affording all phototheranostic modalities including fluorescence imaging (FLI), photoacoustic imaging (PAI), photothermal imaging (PTI), photodynamic therapy (PDT), and photothermal therapy (PTT). Herein, a simple and highly powerful one‐for‐all phototheranostics based on aggregation‐induced emission (AIE)‐active fluorophores is tactfully designed and constructed. Thanks to its strong electron donor–acceptor interaction and finely modulated intramolecular motion, the AIE fluorophore‐based nanoparticles simultaneously exhibit bright near‐infrared II (NIR‐II) fluorescence emission, efficient reactive oxygen species generation, and high photothermal conversion efficiency upon NIR irradiation, indicating the actualization of a balance between radiative and nonradiative energy dissipations. Furthermore, the unprecedented performance on NIR‐II FLI‐PAI‐PTI trimodal‐imaging‐guided PDT–PTT synergistic therapy is demonstrated by the precise tumor diagnosis and complete tumor elimination outcomes. This study thus brings a new insight into the development of superior versatile phototheranostics for practical cancer theranostics.

Abstract Fluorescence‐imaging‐guided photodynamic therapy has emerged as a promising protocol for cancer theranostics. However, facile preparation of such a theranostic material for simultaneously achieving bright emission with long wavelength, high‐performance reactive oxygen species (ROS) generation, and good targeting‐specificity of cancer cells, is highly desirable but remains challenging. In this study, a novel type of far‐red/near‐infrared‐emissive fluorescent molecules with aggregation‐induced emission (AIE) characteristics is synthesized through a few steps reaction. These AIE luminogens (AIEgens) possess simple structures, excellent photostabilities, large Stokes shifts, bright emission, and good biocompatibilities. Meanwhile, their ROS generation is extremely efficient with up to 90.7% of ROS quantum yield, which is far superior to that of some popularly used photosensitizers. Importantly, these AIEgens are able to selectively target and ablate cancer cells over normal cells without the aid of any extra targeting ligands. Rather than using laser light, one of the presented AIEgens (MeTTPy) shows a remarkable tumor‐targeting photodynamic therapeutic effect by using an ultralow‐power lamp light (18 mW cm −2 ). This study thus not only extends the applications scope of AIEgens, but also offers useful insights into designing a new generation of cancer theranostics.

The use of nanoparticles as a potential building block for photosensitizers has recently become a focus of interest in the field of photocatalysis and photodynamic therapy. Porphyrins and their derivatives are effective photosensitizers due to extended π-conjugated electronic structure, high molar absorption from visible to near-infrared spectrum, and high singlet oxygen quantum yields as well as chemical versatility. In this paper, we report a synthesis of self-assembled porphyrin nanoparticle photosensitizers using zinc meso-tetra(4-pyridyl)porphyrin (ZnTPyP) through a confined noncovalent self-assembly process. Scanning electron microscopy reveals formation of monodisperse cubic nanoparticles. UV–vis characterizations reveal that optical absorption of the nanoparticles exhibits a red shift due to noncovalent self-assembly of porphyrins, which not only effectively increase intensity of light absorption but also extend light absorption broadly covering visible light for enhanced photodynamic therapy. Electron spin-resonance spectroscopy (ESR) studies show the resultant porphyrin nanoparticles release a high yield of singlet oxygen. Nitric oxide (NO) coordinates to central metal Zn ions to form stabilized ZnTPyP@NO nanoparticles. We show that under light irradiation ZnTPyP@NO nanoparticles release highly reactive peroxynitrite molecules that exhibit enhanced antibacterial photodynamic therapy (APDT) activity. The ease of the synthesis of self-assembled porphyrin nanoparticles and light-triggered release of highly reactive moieties represent a completely different photosensitizer system for APDT application.

Abstract Red/near‐infrared (NIR) fluorescent molecules with aggregation‐induced emission (AIE) characteristics are of great interest in bioimaging and therapeutic applications. However, their complicated synthetic approaches remain the major barrier to implementing these applications. Herein, a one‐pot synthetic strategy to prepare a series of red/NIR‐emissive AIE luminogens (AIEgens) by fine‐tuning their molecular structures and substituents is reported. The obtained AIEgens possess simple structures, good solubilities, large Stokes shifts, and bright emissions, which enable their applications toward in vitro and in vivo imaging without any pre‐encapsulation or ‐modification steps. Excellent targeting specificities to lipid droplets (LDs), remarkable photostabilities, high brightness, and low working concentrations in cell imaging application make them remarkably impressive and superior to commercially available LD‐specific dyes. Interestingly, these AIEgens can efficiently generate reactive oxygen species upon visible light irradiation, endowing their effective application for photodynamic ablation of cancer cells. This study, thus, not only demonstrates a facile synthesis of red/NIR AIEgens for dual applications in simultaneous imaging and therapy, but also offers an ideal architecture for the construction of AIEgens with long emission wavelengths.

Abstract Photodynamic therapy (PDT) continues to encounter multifarious hurdles, stemming from the ineffectual preservation and delivery system of photosensitizers, the dearth of imaging navigation, and the antioxidant/hypoxic tumor microenvironment. Herein, a versatile cryomicroneedle patch (denoted as CMN‐CCPH) is developed for traceable PDT. The therapeutic efficacy is further amplified by catalase (CAT)‐induced oxygen (O 2 ) generation and Cu 2+ ‐mediated glutathione (GSH) depletion. The CMN‐CCPH is composed of cryomicroneedle (CMN) as the vehicle and CAT‐biomineralized copper phosphate nanoflowers (CCP NFs) loaded with hematoporphyrin monomethyl ether (HMME) as the payload. Importantly, the bioactive function of HMME and CAT can be optimally maintained under the protection of CCPH and CMN for a duration surpassing 60 days, leading to bolstered bioavailability and notable enhancements in PDT efficacy. The in vivo visualization of HMME and oxyhemoglobin saturation (sO 2 ) monitored by fluorescence (FL)/photoacoustic (PA) duplex real‐time imaging unveils the noteworthy implications of CMN‐delivered CCPH for intratumoral enrichment of HMME and O 2 with reduced systemic toxicity. This versatile CMN patch demonstrates distinct effectiveness in neoplasm elimination, underscoring its promising clinical prospects.

Abstract Controllable photofluorochromic systems with high contrast and multicolor in both solutions and solid states are ideal candidates for the development of dynamic artificial intelligence. However, it is still challenging to realize multiple photochromism within one single molecule, not to mention good controllability. Herein, we report an aggregation-induced emission luminogen TPE-2MO2NT that undergoes oxidation cleavage upon light irradiation and is accompanied by tunable multicolor emission from orange to blue with time-dependence. The photocleavage mechanism revealed that the self-generation of reactive oxidants driving the catalyst-free oxidative cleavage process. A comprehensive analysis of TPE-2MO2NT and other comparative molecules demonstrates that the TPE-2MO2NT molecular scaffold can be easily modified and extended. Further, the multicolor microenvironmental controllability of TPE-2MO2NT photoreaction within polymer matrices enables the fabrication of dynamic fluorescence images and 4D information codes, providing strategies for advanced controllable information encryption.