近红外二区光声成像由于其更深的穿透深度，更好的成像对比度和更高的最大允许曝光剂量，近年来在基础研究和临床转化上都受到了广泛的关注。目前大部分的近红外二区探针都是处于始终开启的状态，如果能够制备出在特定条件下增强放大信号的智能响应探针，便能进一步的增强成像信噪比和提高检测的灵敏度。然而，合成近红外二区吸收的分子一般步骤繁琐，而能够在特定刺激下发生吸收光谱改变的染料更是少之又少。
此前，通过给体-受体的分子设计，已有多个近红外二区吸收的共轭聚合物被报道，例如普渡大学梅建国教授和波士顿大学程继新教授团队早期报道的噻吩类聚合物（Adv. Mater., 2017, 29, 1703403; Small, 2020, 16, 2001215）。但是，此类方法往往合成难度大，耗时耗力，且合成产物一般难溶于水。为了解决这个问题，该团队研究了掺杂的共轭聚合物用于近红外二区光声成像。除了调控分子结构的方法，共轭聚合物的吸收也可受掺杂状态的影响。通过电化学掺杂或化合物掺杂的方法，可以改变共轭聚合物的能级从而改变吸收光谱。遗憾的是传统的化学掺杂剂，常常伴有毒性，且掺杂后的聚合物本身在生物环境下稳定性差。
近日，该团队在Analytical Chemistry 上报道了环境氧掺杂的共轭聚合物用于聚集增强的近红外二区光声成像的工作，有望弥补之前的遗憾。本文合成设计的共轭聚合物具有低氧化电势，因此在生物pH中性的溶液中会被环境中的氧气掺杂，从而使吸收红移到近红外二区。另一方面，由于在侧链中引入了羧基，此聚合物在pH中性条件下能够以自由分散的高分子链形式存在，因此更容易渗透进入肿瘤且具有更好生物代谢。不仅如此，在肿瘤酸性微环境中，带有羧基的聚合物会发生聚集，聚集后由于热通量的提高，二区光声信号显著增强。因此，本文为合成近红外二区吸收的聚合物及响应性的探针都提供了简单，通用的新思路。不仅有利于发展新的可激活近红外二区成像探针，也可以促进对深部组织的生物学和病理学过程的研究。
普渡大学博士毕业生吴佳英子为本文第一作者及共通讯作者，导师普渡大学梅建国教授和波士顿大学的程继新教授为本文共通讯作者。
Ambient Oxygen-Doped Conjugated Polymer for pH-Activatable Aggregation-Enhanced Photoacoustic Imaging in the Second Near-Infrared Window
Jiayingzi Wu*, Liyan You, Saadia T. Chaudhry, Jiazhi He, Ji-Xin Cheng*, and Jianguo Mei*
Anal. Chem., 2021, 93, 3189–3195, DOI: 10.1021/acs.analchem.0c04601
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