【材料】南京邮电大学范曲立教授和孙鹏飞副教授Angew：供体/侧链工程可增加分子平面性以改善NIR-II光激发的材料光诊疗应用- 大数跨境

【材料】南京邮电大学范曲立教授和孙鹏飞副教授Angew：供体/侧链工程可增加分子平面性以改善NIR-II光激发的材料光诊疗应用

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2022-12-17

导读：南京邮电大学范曲立教授、孙鹏飞副教授和西北工业大学胡文博教授合作，报告了一种通过定制调节分子平面性而用于精准光诊疗应用的高性能NIR-II CSM。

开发具有强烈近红外二区（NIR-II，1000-1700 nm）吸收的、具有供体-受体-供体（D–A–D）结构的共轭小分子（CSM）用于光诊疗是非常理想的，但由于缺乏可靠的设计指南，这仍然是一个巨大的挑战。近日，南京邮电大学范曲立教授、孙鹏飞副教授和西北工业大学胡文博教授合作，报告了一种通过定制调节分子平面性而用于精准光诊疗应用的高性能NIR-II CSM。

过去的几年中，光诊疗学在单一材料中的精确荧光/光声成像（FLI/PAI）和无创光热治疗（PTT）方面得到了蓬勃发展。特别令人感兴趣的是由NIR-II光源触发的光诊疗，因为它呈现出更高的组织穿透深度、安全的最大允许曝光（MPE）密度和超高的信号背景比（SBR）成像，这是传统的第一近红外（NIR-I，700-900 nm）光诊疗所无法实现的。

南京邮电大学和西北工业大学团队开发的基于分子平面性的高性能NIR-II光诊疗剂很好的弥补了上述缺憾。与基于扭曲分子的传统策略（其NIR-II吸光度极低）相比，具有刚性平面结构的分子由于其有限的自由键振动/旋转，通常表现出较高的摩尔吸收率，从而自然增加了输出信号的上限。因此，调节分子平面性有望成为设计理想NIR-II光触发光诊疗剂的关键。基于这一设想，研究者报告了一种通过定制调节分子平面性而用于精准光诊疗应用的高性能NIR-II CSM。具体的，作者通过合理操纵分子平面度，合成了一系列具有强烈NIR-II吸收和强大能量输出的高性能D-A-D型CSM。对结构与性能之间关系的研究表明，通过简单增加平面噻吩单元个数引起的平面性的提高是有限的，而同时引入末端烷基侧链可进一步显著提高分子的平面性，并同时增强了分子的NIR-II吸收、荧光与光热性能。

图1. D-A-D型CSM的设计示意图

针对这一现象，研究利用飞秒瞬态吸收（fs-TA）光谱捕捉到了一种寿命短暂的中间体，该中间体的存在可加速非辐射跃迁过程，从而实优异的NIR-II光热效果。机理研究将这种飞秒中间体的形成归因于噻吩数和末端烷基链的集体贡献所产生的分子平面性。基于这一发现，作者使用体积庞大的3,4-乙氧基二氧基噻吩（EDOT）代替裸露的噻吩，设计了具有更优分子平面性的BETA NPs，该材料在1064 nm激光激发下显示出高的NIR-II吸光度、足够的NIR-IIa荧光亮度和NIR-II光热转换效率，可用于体内高性能NIR-II光诊疗过程。

图2. NIR-II光源触发光诊疗示意图

研究者相信，本工作阐明了分子平面性在操纵NIR-II吸收和能量输出以实现高效NIR-II光诊疗方面的关键作用，为开发高性能NIR-II光诊疗剂开辟了新途径。

这一成果近期发表在Angewandte Chemie International Edition 上，文章的共同第一作者是南京邮电大学的博士生陈尚钰、潘泳卉和陈凯。

原文（扫描或长按二维码，识别后直达原文页面）：

Increasing Molecular Planarity through Donor/Side-Chain Engineering for Improved NIR-IIa Fluorescence Imaging and NIR-II Photothermal Therapy under 1064 nm

Shangyu Chen, Yonghui Pan, Kai Chen, Pengfei Chen, Qingming Shen, Pengfei Sun, Wenbo Hu, and Quli Fan

Angew. Chem. Int. Ed., 2022, DOI: 10.1002/anie.202215372

导师介绍

范曲立

https://www.x-mol.com/university/faculty/39457

胡文博

https://www.x-mol.com/university/faculty/295628