本文要點(diǎn)：半導(dǎo)體聚合物點(diǎn)（Pdots）具有優(yōu)異的光穩(wěn)定性、高單顆粒亮度、良好的生物相容性，是一類(lèi)有廣闊應(yīng)用前景的熒光探針。但目前已報(bào)道的具有NIR-II發(fā)射的Pdots仍需要進(jìn)一步優(yōu)化以改善包括吸收截面和熒光量子產(chǎn)率（QY）等方面的光學(xué)性質(zhì)。

供體-受體-供體（D-A-D）熒光團(tuán)作為近年來(lái)被廣泛研究的NIR-II發(fā)射體，展現(xiàn)出許多優(yōu)越的性質(zhì)，但其發(fā)射性通常會(huì)由于聚集誘導(dǎo)猝滅（aggregation-induced quenching, ACQ）效應(yīng)而降低。為了提高NIR-II發(fā)射納米顆粒的QY，D-A-D熒光團(tuán)通常與分子內(nèi)可旋轉(zhuǎn)單元連接，以減少聚集誘導(dǎo)的猝滅。然而，這樣的單元通常會(huì)導(dǎo)致分子骨架扭曲，影響D-A-D單元內(nèi)的偶聯(lián)，并因此降低吸收。

 

 

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本研究通過(guò)交聯(lián)基于D-A-D的NIR-II熒光團(tuán)形成2D聚合物網(wǎng)絡(luò)來(lái)克服這一限制，通過(guò)控制熒光團(tuán)分離實(shí)現(xiàn)高QY，并通過(guò)限制分子內(nèi)畸變實(shí)現(xiàn)強(qiáng)吸收。然后通過(guò)納米沉淀法制備Pdots，開(kāi)發(fā)了在已報(bào)道的基于D-A-D的納米顆粒中具有最高NIR-II單顆粒亮度的聚合物點(diǎn)，并將其應(yīng)用于后肢血管和腫瘤的成像以及熒光引導(dǎo)的腫瘤切除。

如圖1，選擇二溴取代的雙烷基噻吩-苯并雙噻二唑作為發(fā)射單元，通過(guò)Suzuki偶聯(lián)反應(yīng)合成4種超支化聚合物及其對(duì)應(yīng)的線(xiàn)性聚合物。

 

圖1. 四種超支化聚合物及其對(duì)應(yīng)的線(xiàn)性聚合物的二維示意結(jié)構(gòu)

 

線(xiàn)性聚合物形成Pdots后，其中的熒光團(tuán)折疊引起畸變，摩爾吸收系數(shù)大幅降低；而超支化聚合物在包封成點(diǎn)后的吸收幾乎沒(méi)有降低。這證明了超支化聚合物的優(yōu)越性，它限制了分子內(nèi)畸變，并保持了π-共軛平面，因此在聚集狀態(tài)下吸收仍然很強(qiáng)。此外，超支化Pdots還表現(xiàn)出比線(xiàn)性Pdots高數(shù)倍的單顆粒吸收截面和更好的熒光QY。

 

表1. THF中聚合物在峰值波長(zhǎng)下的摩爾吸收系數(shù)（ε）、850-1500 nm波段的熒光QY（Φ），以及Pdots在水中的單粒子熒光截面（F）

 

超支化Pdots的體積歸一化熒光截面（F/V）也遠(yuǎn)高于相應(yīng)的線(xiàn)性Pdots。其中，CP3-Pdots結(jié)合了紅移的吸收光譜和808nm激發(fā)下的高單粒子亮度兩項(xiàng)優(yōu)勢(shì)，成為本研究種最適合于808nm激發(fā)的NIR-II成像的Pdots。

 

圖2. 超支化聚合物和Pdots的歸一化光譜特征、體積歸一化熒光截面與直徑

 

將CP3-Pdots與ICG分別靜脈注射到裸鼠中體內(nèi)進(jìn)行血管成像，可見(jiàn)CP3-Pdots成像質(zhì)量更高。隨濾波器波長(zhǎng)增加，CP3-Pdots信號(hào)峰值變得更尖銳，SBR增加到高達(dá)1.59，表明CP3-Pdots在NIR-IIa窗口中具有優(yōu)異的性能。

 

圖3. CP3-Pdots和ICG的裸鼠后肢血管NIR-II成像

 

用4T1荷瘤BALB/c小鼠評(píng)估CP3-Pdots用于腫瘤NIR-II成像的可行性。靜脈注射cRGD肽功能化CP3-Pdots的16小時(shí)后，在腫瘤處檢測(cè)到強(qiáng)NIR-II信號(hào)，其SBR高達(dá)5.08，遠(yuǎn)高于ICG以及沒(méi)有靶向組的Pdots，證明了cRGD的腫瘤靶向功能。

淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移是癌癥轉(zhuǎn)移的常見(jiàn)途徑，因此分別在BALB/c小鼠腳墊處局部注射Pdots和ICG，研究CP3-Pdots的淋巴結(jié)成像能力。與ICG相比，CP3-Pdots顯示出更好的可見(jiàn)性和更長(zhǎng)的觀察持續(xù)時(shí)間。

圖4.cRGD肽功能化CP3-Pdots的4T1荷瘤小鼠體內(nèi)成像及CP3-Pdots、ICG的淋巴結(jié)成像

 

受cRGD功能化CP3-Pdots卓越的腫瘤成像能力的啟發(fā)，研究人員進(jìn)一步評(píng)估了它們?cè)?T1荷瘤BALB/c小鼠的熒光引導(dǎo)手術(shù)中的表現(xiàn)。在熒光引導(dǎo)手術(shù)中，根據(jù)NIR-II光下觀察到的熒光信號(hào)移除組織，直到檢測(cè)不到信號(hào)為止。如圖5，常規(guī)切除手術(shù)后仍留有部分淋巴結(jié)，周?chē)�組織受到侵襲，腫瘤快速?gòu)?fù)發(fā)。而熒光引導(dǎo)的手術(shù)有助于更完全地移除淋巴結(jié)，從而大大降低了復(fù)發(fā)的可能性。

圖5.cRGD功能化CP3-Pdots熒光引導(dǎo)手術(shù)前后的4T1荷瘤小鼠成像與腫瘤預(yù)后

 

綜上所述，本研究開(kāi)發(fā)了一種用交聯(lián)熒光團(tuán)合成Pdots的新策略，通過(guò)控制熒光團(tuán)間的距離和限制分子內(nèi)畸變，同時(shí)實(shí)現(xiàn)了強(qiáng)吸收和高熒光量子產(chǎn)率。所合成的Pdots具有前所未有的單粒子NIR-II亮度，顯示出優(yōu)越的體內(nèi)NIR-II成像性能。還證明了cRGD修飾的Pdots在腫瘤中能有效積累，證實(shí)了其在體內(nèi)成像和熒光引導(dǎo)腫瘤切除方面的良好性能。

 

參考文獻(xiàn)

Fang L, Ai R, Wang W, Tan L, Li C, Wang D, Jiang R, Qiu F, Qi L, Yang J, Zhou W, Zhu T, Tan W, Jiang Y, Fang X. Hyperbranched Polymer Dots with Strong Absorption and High Fluorescence Quantum Yield for In Vivo NIR-II Imaging. Nano Lett. 2023 Sep 5.

 

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