港中大唐本忠院士、赵征、南开大学丁丹:分子内排斥相互作用使 NIR-II 聚集诱导发光发光剂高效用于高对比度胶质母细胞瘤成像

文摘   2025-01-07 19:15   福建  

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原文链接:10.1021/acsnano.4c15387

由于能隙定律的阻碍,获取在近红外二区 (NIR-II, 1000−1700 nm) 范围内发射的高效发光团的策略仍然很少。

近日,港中大唐本忠院士、赵征、南开大学丁丹团队提出了一种可行的策略,即在密闭空间中安装大体积的障碍物来强化由重叠电子密度引起的排斥相互作用。实验结果包括较小的坐标位移、降低的重组能和抑制的内部转换,表明排斥相互作用有助于抑制无辐射失活。同时,供体单元的构型和杂化形式随着排斥相互作用而转变,从而提高振荡器强度。通过协同效应实现了 3.8 倍的发光效率提高。此外,排斥相互作用赋予 NIR-II 荧光团高度扭曲的构象、优异的 AIE 活性以及从孤立分子到聚集体的荧光发射的级联改善。通过利用脑靶向肽对 NIR-II 纳米粒子进行功能化,实现了对原位胶质母细胞瘤的精确检测和高对比度成像。这项工作不仅探索了处理难以解决的能隙定律的基本原理,而且还提供了 NIR-II 发光体在高对比度生物成像和胶质母细胞瘤检测中的潜在应用。相关研究成果发表于《ACS Nano》上

图文解析

1. 分子设计策略和光物理特性。结构设计策略 (a) 和目标分子结构 (b)NDA-TNDA-MeTNDA-DMeT NDA-TMeT 在甲苯溶液 (10−5 M) 中的 PL 光谱半峰全宽 (FWHM)(插图:PL 强度)(c)、斯托克斯位移 (d)、量子产率 (QYs) (e) 以及辐射衰减速率常数 (k r) 和非辐射衰减速率常数 (knr) (f)

2. 排斥相互作用的可视化和计算摘要。NDA-Ta)和 NDA-TMeTb)的约化密度梯度 (RDG) 等值面分布,以及 RDG 与符号 (λ2)ρ的散点图。(c) NDATMeT 的能垒和 RDG 略有坐标位移,其中构象 A B 中的二面角偏移为 10°。(d) 包括重组能 (λ+ λ*) 和振荡器强度 (f) 在内的理论计算摘要。

3. NDA-T NDA-TMeT 的理论计算。NDA-Ta)和 NDA-TMeTb)的重组能与正常模式波数的关系图。插图:键长、键角和二面角的比例对重组能有贡献。(c)由排斥相互作用引起的供体单元中的应变和杂化转变。与 Nsp2 2 相比,NDA-TMeT 中的代表性角度显示出比 NDA-T 中更多的偏差,表明其角度应变更高。为简化起见,选择并显示供体单元。(dNDA-T NDA-TMeT 激发态的 HOMO LUMO。(eNDA-T NDA-TMeT 的基态(蓝色)和激发态(红色)之间的均方根偏差 (RMSD)

4. 甲苯溶液中的激发态动力学。D 轮廓图显示 NDA-T (a) NDA-TMeT (d) fs-TA 光谱。NDA-T (b,c) NDA-TMeT (e,f) 400 nm 激发后不同延迟时间的 fsTA 光谱。NDA-T () 702 nm 处的动力学轨迹和 NDA-TMeT () (g) 695 nm 处的动力学轨迹和拟合轨迹。NDA-T (h) NDA-TMeT (i) 的激发态动力学。

5. 聚集状态下的光物理特性。在具有不同 H2O 分数 (fw) DMF/H2O 混合物中,NDA-T (a) NDA-TMeT (b) (10−5 M) PL 光谱。(c) 相对发射强度 (I/I0) 与水性混合物成分的关系图。I0 是纯 DMF 中的 PL 强度。(d) NDA-TMeT 聚集体的分子动力学模拟快照,其中最内层的分子以空间填充样式显示,而其他分子以球棍样式显示(左);以及 NDATMeT 的分子构象(右)。红色箭头表示供体单元中的主要二面角。(e) 聚集体中最内层分子的代表性二面角分布。(f) NDA-TMeT NPs UV−vis−NIR 吸收和 PL 光谱。 (g) NDA-TNDAMeTNDA-DMeT NDA-TMeT NPs QY(h) NPs ICG 的光稳定性。A A0 分别是有光和无光照射时 NDA-TNDAMeTNDA-DMeTNDA-TMeT NPs ICG 的吸收强度。

6. 血管和淋巴结的 NIR-II 成像。NDATMeT NP 标记的腹部血管(比例尺,2.5 毫米)(a)、脑血管(比例尺,1 毫米)(b)和淋巴管(比例尺,2.5 毫米)(c)的体内荧光成像(LP1300纳米,曝光时间:300 毫秒),以及沿黄色虚线的横截面强度分布和相应的 SBR 分析(d-f)。

7. 原位胶质母细胞瘤成像。(aNDA-TMeT-P NP 制备示意图和动态光散射 (DLS) 曲线图(b)。插图:NPs 的透射电子显微镜图像。比例尺,200 nm。(c)体外 BBB 模型示意图。(d)不同孵育时间后,NDA-TMeT NDA-TMeT-P NPs 在体外 BBB 模型中的转胞吞效率。(e)不同浓度的 NDA-TMeT NDA-TMeT-P NPs 处理 bEnd.3 细胞 24 小时后的细胞活力。(f)静脉注射 NDA-TMeT NDA-TMeT-P NPs 后,对原位胶质母细胞瘤小鼠进行不同时间的实时荧光图像(LP1000 nm,曝光时间:300 ms)。g)注射 NDA-TMeT-P NPs 24 小时后,沿黄色虚线的横截面强度分布图与(f)中对应的 SBR 分析图。(h)患有胶质母细胞瘤的小鼠体内生物发光荧光图像。(i)大脑的组织病理学分析。比例尺:2.5 毫米。(j)大脑和主要器官的体外生物发光(上)和 NIR-II 荧光(下)强度。比例尺,2 厘米。

8. NDA-TMeT-P NPs 的生物安全性评价。(a-l)用(蓝色)和未用(黄色)NDA-TMeT-P NPs 治疗的小鼠的血液生化参数。误差线:平均值±SDn = 3)。BALB/c 小鼠静脉注射生理盐水(m)和 NDA-TMeT-P NPsn)后,对主要器官(心脏、肝脏、脾脏、肺和肾脏)进行组织病理学分析。比例尺:100 μm

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