【材料】内蒙古大学王建国教授和武利民教授联合JACS:高稳定近红外II区有机双自由基光诊疗试剂构筑及抗癌研究

学术   2024-11-26 08:09   北京  


光诊疗试剂由于兼具荧光成像(FLI)、光动力疗法(PDT)、光热疗法(PTT)等功能于一体在癌症光诊疗领域受到了广泛关注。其中,具有近红外II区(NIR-II,1000-1700 nm)发光能力的有机光诊疗试剂,因其更深的组织穿透深度、更优越的成像信背比和良好的生物相容性而成为了光诊疗领域研究的热点。

有机双自由基化合物因其独特的开壳层结构、光物理性质以及在有机电子学、自旋电子学、量子器件等前沿科学领域的潜在应用而备受瞩目。此类化合物由于其具有窄带隙结构、强自旋耦合效应和NIR光捕获能力,被视为理想的光诊疗试剂候选材料。然而,由于其高化学反应活性和强自吸收效应,通常在NIR-II无发光性能。因此,虽然开发稳定的NIR-II发光有机双自由基材料以实现高效的荧光成像引导的癌症光热治疗具有重要理论和实际意义,但具有很大挑战性。

鉴于此,内蒙古大学化学化工学院王建国教授和能源材料化学研究院武利民教授联合团队设计合成了一种具有高稳定性的近红外II区发光有机双自由基材料并用于癌症光诊疗领域。相关工作发表在Journal of the American Chemical Society 上。


在此工作中,作者通过增强受体平面化结构和拓展π共轭体系,有效将发射波长红移至NIR-II区域,并提高双自由基的稳定性。同时,调控给体基团的构象扭转,有效抑制了分子间不利的π-π堆积相互作用,增强了NIR-II双自由基的发光及光热转换效率。构建出一种高度稳定的NIR-II发光有机双自由基材料(2PhNVDPP),将2PhNVDPP组装成纳米颗粒后,可获得明亮的NIR-II发光性能、53%的光热转换效率,以及优异的光/热稳定性。体内实验表明,2PhNVDPP纳米颗粒能清晰成像血管和肿瘤,并成功实现NIR-II成像引导的光热肿瘤消融。

图1. 2PhNVDPP和PhNVDPP的合成路线和双自由基特征表征。

图2. 2PhNVDPP和PhNVDPP的基态电子结构和分子轨道分析。

图3. 光物理和光热特性表征。

图4. 单晶结构和分子间相互作用分析。

图5. 体外细胞成像和细胞毒性测定。

图6. 2PhNVDPP NPs的体内高对比度NIR-II荧光成像和光热治疗。

总结

在这项工作中,作者通过受体平面化、π共轭扩展和给体旋转的协同调控策略,成功构建了高稳定NIR-II发光有机双自由基光诊疗试剂。通过在DPP受体核侧翼引入共轭双烯并在分子骨架两端外加4-(N,N-二甲氨基)苯基,合成了两种新型双自由基化合物2PhNVDPP和PhNVDPP。两种双自由基化合物均显示出NIR-II荧光发射,其尾部发射延伸达到1300 nm区域。在组装成水溶性纳米粒子(NPs)以提高其生物相容性后,2PhNVDPP NPs在808 nm下表现出卓越的光捕获能力(1.8×104 M-1 cm-1),明亮的NIR-II发光(1013 nm),53%的PCE和出色的光/热稳定性。同时,2PhNVDPP NPs显示出可实时全身血管和肿瘤成像能力。2PhNVDPP NPs在肿瘤中的高效积累促进了其在4T1荷瘤小鼠体内NIR-II 成像引导的PTT抗癌应用研究。

内蒙古大学化学化工学院王建国教授和能源材料化学研究院武利民教授为论文共同通讯作者,内蒙古大学化学化工学院博士后冯丽娜为论文第一作者。该研究得到了国家自然科学基金、内蒙古自治区“草原英才”、内蒙古自治区自然科学基金、内蒙古自治区科技攻关计划、内蒙古自治区科技领军人才团队、内蒙古大学“骏马计划”和国家资助博士后研究人员计划等项目的资助。

原文(扫描或长按二维码,识别后直达原文页面):
Highly Stable Near-Infrared II Luminescent Diradicaloids for Cancer Phototheranostics
Lina Feng, Yanyan Tuo, Zipeng Wu, Weijing Zhang, Chunbin Li, Bo Yang, Lingxiu Liu, Jianye Gong, Guoyu Jiang, Wei Hu, Ben Zhong Tang, Limin Wu*, Jianguo Wang*
J. Am. Chem. Soc., 2024, DOI: 10.1021/jacs.4c11549


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