基于梯形稠环芳烃单元的聚集诱导发光小分子用于光声成像指导的近红外光热治疗

At present, malignant tumor is a serious threat to human health, its timely diagnosis and therapy is of great importance. Compared with traditional optical imaging, photoacoustic imaging (PAI) has the advantages of non-invasive, deep penetration(the penetration depth reaches millimeter to centimeter level) and high spatial-temporal resolution. Photothermal therapy (PTT) is a tumor therapy method with the advantages of non-invasive, specific, precise time-space controllability. The integration of PAI and PTT shows great potential in clinical application. Photoacoustic and photothermal effects are related to thermal energy. Therefore, the key to design efficient PAI/ PTT materials is to improve the non radiation energy dissipation of excited molecules..In recent years, the aggregation induced emission (AIE) materials have developed rapidly. The research mainly focuses on the inhibition of the movement of aggregation molecules and the activation of radiation decay to enhance fluorescence, but its non radiation decay process is rarely concerned..In this project, the molecular motion of AIE material is used to improve the non radiation attenuation process. Through reasonable structure design and optimization, a series of near infrared small molecules based on ladder-type multifused arene units with aggregation-induced emission characteristics and high photothermal conversion efficiency would be prepared, and then the relationship between molecular structure and luminescent/photothermal properties would be studied, and the application of AIE materials in PAI-guided PTT would be expanded.

当前，恶性肿瘤严重威胁着人类健康，对其进行及时诊断和治疗尤为重要。与传统光学成像相比，光声成像（PAI）具有非入侵性、深穿透性（穿透深度达毫米至厘米级）和高时空分辨率等优点。光热疗法（PTT）是一种具有非入侵性、特异性强、时空控制精确等优点的肿瘤治疗方法。将PAI和PTT结合的诊疗一体化技术展现出巨大临床应用潜力。光声和光热效应均与热能有关。因此，提高激发态分子非辐射衰减能量耗散是设计高效的PAI/PTT材料的关键。.近年来，聚集诱导发光（AIE）材料发展迅速，其研究重点主要集中于抑制聚集态分子运动，激活辐射衰减以增强荧光，但其非辐射衰减过程却鲜少被关注。.本项目拟利用AIE材料分子运动来提高非辐射衰减过程。通过合理的结构设计与优化，制备出一系列基于梯形稠环芳烃单元、高光热转换效率、近红外AIE小分子，进而研究分子结构与发光/光热性质的构效关系，并拓展AIE材料在PAI指导的PTT应用。

光疗诊断学作为一种新兴的集光诊断成像和治疗功能于一体的癌症治疗方式，近年来在基础研究和临床应用方面受到了广泛关注。在多种癌症诊断成像技术中，荧光成像(FLI)由于其侵袭性小、灵敏度高、时空分辨率高等优势，在细胞和活体无损实时跟踪研究中发挥了重要作用。其中，高性能光敏剂是实现荧光成像引导光疗的关键。.然而传统的有机光敏剂通常具有刚性平面分子构型，其在稀溶液中发出强烈的荧光，而在高浓度或聚集态下由于分子间π-π堆积导致荧光减弱甚至完全消失，即为“聚集导致荧光猝灭”(ACQ)现象。与传统光敏剂相比，具有聚集诱导发光(AIE)特性的光敏剂通常具有独特的螺旋桨式分子构型，在溶液中由于活跃的分子内运动，激发态能量以热失活的形式耗散，分子不发光或发光微弱，而在聚集态下利用分子结构扭曲限制了分子内运动，显著增强了荧光效率。AIE分子这种“越聚集越亮”的性质有效克服了传统有机光敏剂ACQ效应的应用局限。但扭曲的分子结构往往破坏了分子共轭，使材料的吸光性能显著降低。因此，如何构建具有高吸光系数和荧光效率的AIE光敏剂仍是一项挑战。.我们提出了一种“画龙点睛”的分子设计策略，即在具有高摩尔吸光系数及ACQ效应的A-D-A型小分子IDT的基础上，通过在其分子骨架两侧引入大位阻扭曲转子四苯基乙烯(TPE)，成功制备出具有AIE特性的近红外发光分子IDT-TPE。研究表明，在分子骨架侧面而非共轭主链引入TPE单元部分牺牲了分子共轭，所制备的 IDT-TPE分子的摩尔吸光系数仍然高达8.9×10e4 L/moL.cm，优于大部分所报道的D-A-D型的AIE光敏剂。与IDT纳米颗粒相比，AIE特性使IDT-TPE纳米颗粒具有更高的荧光量子产率(1.7%)，其在小鼠肿瘤荧光成像中的性能也远优于IDT纳米颗粒。此外，IDT-TPE纳米颗粒能有效产生活性氧，其光热转换效率高达59.7%。体外和体内评价实验表明，该体系成功实现了高效的近红外荧光-光热双模态成像引导的光动力-光热联合诊疗。这项研究是将ACQ分子转变为AIE分子的成功范例，通过巧妙的“画龙点睛”策略有助于聚集态荧光亮度的极大提升，为新型近红外AIE光敏剂的设计开发提供了借鉴意义。