研究进展：近红外（NIR）有机分子染料因其卓越的光物理特性、深层组织渗透性、生物相容性和生物降解性而在生物医学成像和光疗中引起了广泛关注。此外，一些分子具有近红外二区（NIR-II，900–1700 nm）荧光发射，可用于体内生物成像，它们的背景信号干扰更小，成像质量更高。其中，一些染料分子如氟硼二吡咯亚甲基（BODIPY）和花菁类（Cy）染料，因其存在大的π共轭分子核心，能够实现长波长吸收和发射，在癌症NIR治疗诊断学中被广泛研究。最近，供体-受体（D-A）偶联的小分子越来越受到研究人员的青睐，因为它们的光带可以通过改变 D/A 基团的数量和类型来轻松调整，以满足生物医学应用的要求。与单体相比，J聚集体具有滑动堆积模型和明显的聚集时的色移吸收，为设计NIR-II荧光团和克服繁琐的合成路线提供了一种很有前途的策略。目前研究中常用的 NIR-II J 聚集染料主要依赖特定的分子家族，如BODIPY和Cy，这些分子中的J聚集方法在应用于流行D-A型小分子时存在局限性和挑战。并且，这些分子骨架通常需要复杂的设计策略，并且在组装成纳米颗粒（NPs）时容易发生荧光猝灭。这限制了这些染料在实际生物医学应用中的性能，尤其是在需要高荧光强度和稳定性的体内成像和光疗。目前，仍然缺乏使用主流的D-A偶联小分子构建NIR-II J聚集体的简单方法。解决方案：为了解决这一问题，作者提出了一种简便的方法，通过在供体-受体（D-A）分子上引入甲基基团来弯曲分子，从而将D-A分子转换成J聚集体（如图1所示）。研究中设计了一种D-π-A型分子TAA-BT-CN，如图2所示，该分子在形成H-聚集体的NPs时，最大吸收波长从704 nm蓝移到634 nm；而设计的mTAA-BT-CN分子由于结构弯曲，在形成J-聚集体的NPs时显示出吸收峰的红移超过100 nm，在808 nm处吸收增强7倍。mTAA-BT-CN NPs由于其聚集诱导发射（AIE）特性，在808 nm光激发下，比其H-聚集体对应物显示出7倍的NIR-II荧光增强，并且表现出优异的光热效应和活性氧（ROS）生成能力。这些J型mTAA-BT-CN NPs在NIR-II全身血管成像和成像引导的肿瘤光治疗中显示出了应用潜力。![]()
图1：通过分子设计从H聚集到J聚集的D-A型荧光团示意图。
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图2：TAA-BT-CN和mTAA-BT-CN的光谱特性。（a）不同馏分的H2O-THF混合物中TAA-BT-CN分子的吸收光谱和（b）相对荧光强度；（c）不同馏分的H2O-THF混合物中mTAA-BT-CN分子的吸收光谱和（d）相对荧光强度；（e）TAA-BT-CN（蓝线）和mTAA-BT-CN（红线）单体在THF中以及相应的分散在水中的NPs的归一化吸收光谱；（f）THF中TAA-BT-CN（蓝线）和mTAA-BT-CN（红线）单体以及分散在水中的相应NPs的归一化荧光光谱。
结论：本研究通过分子弯曲将D-A型荧光分子从H-聚集体转变为J-聚集体，为基于D-A型分子的J-聚集体的发展提供了新的方法。这一策略不仅解决了传统NIR-II J-聚集体设计复杂和荧光猝灭的问题，而且为开发新型的生物医学成像和光疗材料提供了重要的参考。mTAA-BT-CN NPs在NIR-II全身血管成像和成像引导的肿瘤光治疗中显示出了应用潜力，这将促进基于D-A型分子的J-聚集体的快速发展。参考文献：Yingpeng Wan. et al. Facilely Achieving Near-Infrared-II
J-Aggregates through Molecular Bending on a Donor–Acceptor Fluorophore for
High-Performance Tumor Phototheranostics. ACS Nano. 2024. DOI：10.1021/acsnano.4c05546
