Small:分子工程助力高性能AIE光敏剂实现多模态光诊疗

光疗诊断学作为一种新兴的集光诊断成像和治疗功能于一体的癌症治疗方式,近年来在基础研究和临床应用方面受到了广泛关注。在多种癌症诊断成像技术中,荧光成像(FLI)由于其侵袭性小、灵敏度高、时空分辨率高等优势,在细胞和活体无损实时跟踪研究中发挥了重要作用。其中,高性能光敏剂是实现荧光成像引导光疗的关键。

然而传统的有机光敏剂通常具有刚性平面分子构型,其在稀溶液中发出强烈的荧光,而在高浓度或聚集态下由于分子间π-π堆积导致荧光减弱甚至完全消失,即为“聚集导致荧光猝灭”(ACQ)现象。与传统光敏剂相比,具有聚集诱导发光(AIE)特性的光敏剂通常具有独特的螺旋桨式分子构型,在溶液中由于活跃的分子内运动,激发态能量以热失活的形式耗散,分子不发光或发光微弱,而在聚集态下利用分子结构扭曲限制了分子内运动,显著增强了荧光效率。AIE分子这种“越聚集越亮”的性质有效克服了传统有机光敏剂ACQ效应的应用局限。但扭曲的分子结构往往破坏了分子共轭,使材料的吸光性能显著降低。因此,如何构建具有高吸光系数和荧光效率的AIE光敏剂仍是一项挑战。

近日,香港中文大学(深圳)唐本忠院士团队深圳大学王东副教授课题组提出了一种“画龙点睛”的分子设计策略,即在具有高摩尔吸光系数及ACQ效应的A-D-A型小分子IDT的基础上,通过在其分子骨架两侧引入大位阻扭曲转子四苯基乙烯(TPE),成功制备出具有AIE特性的近红外发光分子IDT-TPE。研究表明,在分子骨架侧面而非共轭主链引入TPE单元部分牺牲了分子共轭,所制备的 IDT-TPE分子的摩尔吸光系数仍然高达8.9 × 104 M−1 cm−1,优于大部分所报道的D-A-D型的AIE光敏剂。与IDT纳米颗粒相比,AIE特性使IDT-TPE纳米颗粒具有更高的荧光量子产率(1.7%),其在小鼠肿瘤荧光成像中的性能也远优于IDT纳米颗粒。此外,IDT-TPE纳米颗粒能有效产生活性氧,其光热转换效率高达59.7%。体外和体内评价实验表明,该体系成功实现了高效的近红外荧光-光热双模态成像引导的光动力-光热联合诊疗。这项研究是将ACQ分子转变为AIE分子的成功范例,通过巧妙的“画龙点睛”策略有助于聚集态荧光亮度的极大提升,为新型近红外AIE光敏剂的设计开发提供了借鉴意义。

图1. IDT-TPE分子设计,IDT-TPE纳米颗粒的制备及其在近红外荧光-光热双模态成像引导协同PDT-PTT的应用示意图。

文章第一作者为深圳大学AIE研究中心李丹博士李有梅博士,通讯作者为深圳大学AIE研究中心王东副教授和香港中文大学(深圳)唐本忠院士。本项目获得了国家自然科学基金(22005194, 21801169),广东省杰出青年科学基金(2020B1515020011),中国博士后科学基金(2020M682853),深圳市科技计划(JCYJ20190808153415062, RCYX20200714114525101)等项目的资助。

论文信息:

Add the Finishing Touch: Molecular Engineering of Conjugated Small Molecule for High-Performance AIE Luminogen in Multimodal Phototheranostics

Dan Li, Youmei Li, Qian Wu, Peihong Xiao, Lei Wang, Dong Wang*, Ben Zhong Tang*

Small

DOI: 10.1002/smll.202102044

原文:https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/smll.202102044