光动力治疗是一种基于光化学反应的新型、无损伤的治疗技术，于1996年被美国FDA批准应用于临床，并在美国、日本、英国、法国、德国、加拿大等国用于多种肿瘤治疗取得成功。光敏剂是光动力治疗的关键，然而传统光敏剂通常在肿瘤、皮肤、以及网状内皮系统包括肝脾等器官内存留时间较长，患者在接受治疗后需要较长的避光时间，严重影响患者生活质量。即便新一代的可激活光敏剂同样面临该问题。开发系间窜越（Intersystem Crossing, ISC）可逆的新型有机光敏剂有望解决这一问题，但如何实现ISC的可逆切换依然极具挑战性。
图1. 基于可逆共轭骨架扭曲实现智能光动力治疗的示意图
针对上述问题，近日南京邮电大学范曲立教授、黄维院士团队和纽约州立大学布法罗分校Paras N. Prasad团队合作提出了一种在有机光敏剂中实现ISC可逆切换的策略。通过刺激引发的共轭主链扭转功能，实现了ISC的可逆切换，最终实现了智能光动力治疗（图1）。
图2.构效关系研究。（a）分子结构；（b）二维伪彩飞秒瞬态吸收光谱；（c）不同延迟时间的瞬态吸收光谱曲线。
图3.理论计算研究（a）ISC的理论计算；（b）理论优化的分子构型。
在前期的研究工作中，范曲立教授、黄维院士团队发现基于苯炔共轭结构的双离子小分子具有良好的光动力治疗效果，实现了该类材料在线粒体靶向的双光子光动力治疗（Chem. Commun., 2017, 53, 1680）和一氧化碳可激活双光子光动力治疗（Chem. Sci., 2018, 9, 999）。然而何种原因导致该类材料具有良好的光动力治疗能力依然不清楚。在本研究中，作者首先从构效关系研究出发，利用包括飞秒瞬态吸收光谱和量子化学计算等技术手段（图2,3），证明了通过增加共轭骨架扭曲程度可以提高有机材料的ISC效率(ФISC)。共轭骨架扭曲是侧链带正电荷的季铵盐和共轭骨架末端带负电荷的羧基之间的静电作用力的结果。
图4.智能光动力治疗。（a）ISC可逆切换的内盐型小分子光敏剂；（b）pH诱导的ISC可逆切换；（c）体外pH可激活的单线态氧产生。（d）细胞内pH可激活的单线态氧产生；（e）细胞内pH调控的智能光动力治疗。
在确定是共轭骨架扭曲导致ISC增强为内在原因后，作者进一步设计合成了一种等电点在pH 6.0的内盐型有机小分子光敏剂（图4），保证了该光敏剂只有在低pH的病理条件刺激下才会产生强的光动力作用。而当PSs从病理区域转移或被代谢时，ISC过程会被关闭从而使PDT的功能失活。
这一工作深化了对有机材料ISC的理解，为提高纯有机材料的ISC效率提供了一种新思路，对有机材料在基于三线态相关的应用研究（如磷光发光、有机长余辉发光成像和光催化等领域）具有重大意义。同时，作者首次提出了病理学因子刺激调控的ISC可逆切换，刷新光动力治疗的精准度，为有机材料的生物医学应用提供了新思路。
这一成果近期发表在Angewandte Chemie International Edition 上。
Stimuli Responsive Reversible Switching of Intersystem Crossing in Pure Organic Material for Smart Photodynamic Therapy
Wenbo Hu, Tingchao He, Hui Zhao, Haojie Tao, Runfeng Chen, Lu Jin, Junzi Li, Quli Fan,* Wei Huang,* Alexander Baev, Paras N. Prasad*
Angew. Chem. Int. Ed., 2019, 58, 11105-11111. DOI:10.1002/anie.201905129
范曲立，南京邮电大学教授，2003年于新加坡国立大学获得博士学位，2003年至2006年在复旦大学工作，2006年8月起就职于南京邮电大学。
范曲立教授的研究方向是面向纳米生物医学领域半导体材料的制备与临床前应用的研究；近五年来，以第一或通讯作者身份在Nature Communications、Journal of the American Chemical Society、Advanced Materials、Angewandte Chemie、ACS Nano、Advanced Functional Materials、Biomaterials等国际期刊发表SCI论文67篇，16篇IF>10，47篇IF>5，他引1208次，单篇最高他引102次，H-index为46；承担和参与国家、省部级各类项目10余项，12年获国家优秀青年科学基金，13年获国家自然科学二等奖（排名第四），14年入选国家“百千万人才工程”, 19年入选“万人计划”中青年科技创新领军人才。
https://www.x-mol.com/university/faculty/39457
Paras N. Prasad是纽约州立大学化学、物理、电气工程和医学的“杰出教授”（纽约州立大学系统最高级别教授），Samuel P. Capen讲席教授。国际上较早从事激光、光子和生物光子学研究，纳米生物光子学的国际领军人物。Prasad教授目前已发表超过750篇科学论文，8篇学术专著（被选为美国本科生研究生教材用书），H-index高达107，他引50415次。2005年被“Scientific American”评为50个引领科技潮流顶尖人物之一，2014和2016年汤森路透高引用科学家（Highly Cited Researchers）。2016年国际光学工程学会（SPIE）授予其学会最高奖“金牌奖”（The Gold Medal）。受邀在世界各地进行光子学的演讲，2012年受邀主讲“北京大学百年物理讲坛”第五讲。
https://www.x-mol.com/university/faculty/4673
黄维，男，西北工业大学博士生导师、教授，中国科学院院士，俄罗斯科学院外籍院士。1992年1月，黄维博士毕业于北京大学并留校任教；1993年12月，赴新加坡做博士后研究；2006年6月，担任南京邮电大学副校长；2012年7月，担任南京工业大学校长；2017年4月，担任西北工业大学党委常委、常务副校长。
黄维院士是国际上最早从事聚合物发光二极管显示研究并长期活跃在有机光电子学、柔性电子学领域的知名学者之一。从九十年代初开始致力于跨物理、化学、材料、电子、信息、生命和医学等多个学科、交叉融合发展起来的有机（光）电子学、塑料电子学、印刷电子学和柔性（光）电子学等国际前沿学科研究，在构建有机光电子学科的理论体系框架、实现有机半导体的高性能化与多功能化、推进科技成果转化与产业化方面做了大量富有开拓性、创新性和系统性的研究工作，是中国有机（光）电子学科和柔性（光）电子学科的奠基人与开拓者。中国国家杰出青年科学基金获得者，中国“千人计划”国家特聘专家，中国教育部“长江学者”特聘教授，中国国家“973计划”项目首席科学家。亚太地区工程组织联合会（FEIAP）主席、英国谢菲尔德大学名誉博士、英国皇家化学会会士、美国光学学会会士、国际光学工程学会会士。曾两次获得国家自然科学奖二等奖、三次获得高等学校科学研究优秀成果奖（科学技术）自然科学奖一等奖以及何梁何利基金“科学与技术进步奖”，成果入围中国“高等学校十大科技进展”、中国“高等学校十大科技进展”30项候选项目，SciVal（全球顶级科技论文数据库）材料学科，OLEDs、Solar Cells和Conjugated Polymers领域排名全球第一，多次入围材料科学与化学领域“全球高被引学者”榜单。
https://www.x-mol.com/university/faculty/35089
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