醌式结构共轭聚合物基纳米材料的开发及其光热治疗应用

Photothermal therapy have been attracting tremendous interest owing to its controllability and negligible side effect in recent years. Design and synthesis of photothermal materials are the key prerequisites in the process of photothermal applications. Conjugated polymer, with good stability, high extinction coefficient, is potential in further application of photothermal therapy as photothermal conversion materials. However, the low tissue penetration depth of the light source, low photothermal conversion efficiency, low biocompatibility and high biological toxicity of the photothermal materials are still the most urgent problem needed to be solved, as well as the unclear photothermal conversion machenism. In this project, we design novel conjugated polymers with quinoidal structure to achieve photothermal materials with strong NIR light absorption, and intend to fabricate nanoparticles with high photothermal conversion efficiency, high biocompatibility and low biological toxicity simply by side chain engineering for photothermal applications. Moreover, we intend to investigate the structure-property relashioship between photothermal conversion performance and the backbone structure or aggregation behavior.

近年来，光热治疗以其可控性强、副作用小的独特优势有望成为一种新型的治疗方式，引起了研究者的广泛关注。其中，光热转换材料的开发是光热治疗应用的关键问题。共轭聚合物半导体具有光稳定性强、光吸收因子高、结构及光吸收波长可调控性强等优点，作为光热转换材料具有广阔的应用前景。但是，目前共轭聚合物的设计和合成尚无法满足光热治疗对光热试剂的响应光组织穿透力、光热转换效率、生物相容性、生物毒性等的要求；并且其光热转换机理尚不明确。针对上述问题，本项目拟利用醌式结构显著降低带隙的优点开发基于该结构的新型近红外或近红外二窗响应的共轭聚合物，并且通过侧链工程自组装的制备方法将该聚合物制备成高光热转换效率、高生物相容性、低毒性的光热纳米材料，研究其光热治疗效果。同时对共轭聚合物的光热转换机理进行研究，揭示其结构、聚集行为与光热转换效率之间的构效关系。

本项目针对共轭聚合物基纳米材料在生物相容性，降低生物毒性等方面存在的问题，从降低带隙和亲水性侧链修饰两个方面开发新型的共轭聚合物光热试剂。通过共轭骨架设计，合成了高光热效率的近红外光响应共轭聚合物，并基于此发展了用于协同光热治疗的共轭聚合物基纳米粒子；通过对共轭聚合物侧链进行亲水化设计，构筑了两亲性共轭聚合物，使其可以自发的自组装形成稳定的、高生物相容性的纳米粒子。同时，通过亲水性侧链末端的功能化修饰，赋予两亲性共轭聚合物基纳米粒子刺激响应性用于协同光热治疗。其聚集行为也可以通过分子设计以及添加复合分子进行调控，进而影响其光物理性质，实现调控其光疗效果的目的。另外，本项目将上述合成策略引入到共轭多孔聚合物中，开发了新型的两亲性的共轭多孔聚合物。本项目的研究开发了新型的两亲性的共轭聚合物并且研究了其在光疗中应用的可行性，并初步探索了两亲性共轭分子的结构、聚集行为与其光物理性质的构效关系，为提高共轭聚合物基纳米材料的生物相容性提供了新思路。