Advanced Functional Materials:增大吸收池——构筑高吸收性能近红外二区探针增强荧光亮度及光热性能

荧光成像与光热治疗在活体诊疗领域极具应用前景,目前荧光成像与光热治疗的应用主要集中在近红外一区(750-900纳米),由于其穿透深度较浅,难以实现临床转化。近红外二区(1000-1700 纳米)可以极大地减弱生物组织对光的吸收、散射和自发荧光,而且具有更高的最大允许照射量,一方面显著提升荧光成像深度及效果,另一方面可降低光热治疗过程中对正常组织的潜在损伤。然而目前可应用于近红外二区荧光成像与光热治疗材料的性能仍有待提高。

增加分子共轭可显著提高材料的吸收性能,但是当材料处于聚集态时,荧光容易淬灭,即所谓的聚集导致淬灭现象(aggregation-caused quenching, ACQ)。2001年,唐本忠院士提出了聚集诱导发光(aggregation-induced emission, AIE)概念,利用分子结构扭曲破坏分子间相互作用,显著增强了荧光效率,成功开发出一系列高荧光量子效率的近红外二区荧光探针。但是结构扭曲破坏了材料的吸收性能,使光热转化性能降低。由此,如何同时优化吸收性能和荧光效率仍是一大挑战。

近日,香港中文大学(深圳)唐本忠院士、吉林大学李媛媛教授、南开大学丁丹教授合作,提出“增大分子吸收池”设计策略,在平面大共轭结构引入大位阻扭曲转子,成功制备出高摩尔吸光系数的近红外二区探针,同时提升了荧光亮度和光热转化效率。研究结果表明,向平面共轭单元Diketopyrrolopyrrole (DPP)中同时引入苯并双噻二唑-烷基噻吩组成的扭曲结构和三苯胺大位阻分子转子,所得材料在808纳米处的摩尔吸光系数高达2.1 ⨯ 105 L mol-1 cm-1,最大发射波长为1270纳米,荧光量子效率为0.1%,光热转换效率为60.4%。成功实现了近红外二区荧光指导手术导航及肿瘤的光热治疗,为新型近红外二区诊疗剂的开发带来了一定的启示。

论文第一作者为吉林大学李媛媛教授,香港科技大学张健全博士。通讯作者为吉林大学李媛媛教授,南开大学欧翰林博士,香港中文大学(深圳)唐本忠院士。该工作也得到了香港科技大学刘顺杰博士(现中科院长春应化所研究员)、张晨同学、郭子健教授、林荣业教授以及澳大利亚Flinders University的唐友宏教授和Clerance同学的帮助。

论文信息:

Enlarging Reservoir: High Absorption Coefficient Dyes Enable Synergetic Near InfraredII Fluorescence Imaging and Near InfraredI Photothermal Therapy

Yuanyuan Li*, Jianquan Zhang, Shunjie Liu, Chen Zhang, Clarence Chuah, Youhong Tang, Ryan T. K. Kwok, Jacky W. Y. Lam, Hanlin Ou*, Dan Ding, Ben Zhong Tang*

Advanced Functional Materials

DOI:10.1002/adfm.202102213