Advanced Functional Materials: 具有近红外荧光发射的聚集诱导发光光敏剂

光敏剂(photosensitizer)是一类特殊的功能分子。在特定波长光的照射下,光敏剂可以将其周围的氧气源源不断地转换成活性氧分子,如单线态氧等等。目前,光敏剂已经被广泛应用于光动力治疗、有机合成、污水处理等领域。在肿瘤的光动力治疗中,就是通过光敏剂在光照下所产生的单线态氧或其它类型的活性氧来氧化附近的生物大分子,从而产生细胞毒性进而杀伤肿瘤细胞。

单线态氧产生效率是表征光敏剂优劣的一大重要指标。绝大多数传统的光敏剂虽然在单分子状态下具有良好的近红外发射和单线态氧产生效率,但其在水中会产生聚集,导致发光亮度和单线态氧产生效率的降低。而具有聚集诱导发光效应(aggregation-induced emission, AIE)的光敏剂则可以完美解决这一问题。AIE效应是指一类荧光生色团在单分子状态下微弱发光甚至不发光, 而在固态或聚集状态下荧光显著增强的一种光物理现象。最近的研究结果表明,AIE光敏剂在水中依然可以保持较高的单线态氧产生效率和荧光量子产率。然而,目前AIE光敏剂所存在的一大问题即为其吸收和发射一般都在短波长区域(其吸收峰通常在300-500 nm之间,发射峰通常在600-700 nm之间),使得其在进行光动力治疗时,穿透深度并不高。

针对这一问题,新加坡国立大学刘斌教授课题组提出了联合受体的概念,并进一步将设计出的受体与作为给体单元的含枝状侧链的四苯乙烯基团共轭链接,合成了具有近红外发射的AIE光敏剂TBTC8。使用两亲性聚合物DSPE-PEG2000作为聚合物基质,可进一步制备具有良好水分散性和生物相容性的纳米颗粒TBTC8 NPs。在白光照射下,该纳米颗粒可高效地将普通的氧气转化为单线态氧,其效率为常用的光敏剂Ce6的1.73倍。更为关键的是,TBTC8 NPs具有可覆盖整个可见光区的吸收光谱,且其在550 nm处的吸光度可达2.51×104 L mol-1cm-1;同时,其还具有发射峰在810 nm的近红外发射。以4T-1乳腺癌细胞作为模型,他们在小鼠体内验证了这种纳米粒子粒在荧光成像引导光动力治疗的效果。结果表明,在同等条件下,TBTC8 NPs的光动力治疗效果要优于通常所使用的光敏剂Ce6的效果。

总而言之,TBTC8具有宽吸收、大吸光度、近红外发射、高效单线态氧产生等优点,而且其相应的纳米颗粒还具有生物兼容性好、暗毒性低的性质。这些优势使其在肿瘤的光动力治疗中具有潜在的实际应用价值。

相关论文于2019年8月发表于《Advanced Functional Materials》,题为 “Precise Molecular Engineering of Photosensitizers with Aggregation-Induced Emission over 800 nm for Photodynamic Therapy”, Adv. Funct. Mater. 2019, 1901791)。论文的第一作者为武文博博士,通讯作者为刘斌教授。