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Chem. Eur. J. :NIR-II醌式聚合物纳米粒子的设计及其光热抗肿瘤的潜在应用2023-01-25
中国科学院宁波材料技术与工程研究所王冰课题组通过引入醌式给受体结构、分子内“构像锁”以及聚合增加共轭长度等多种策略,制备了一种吸收峰位于近红外二区的共轭聚合物。该聚合物的纳米粒子在1064 nm的辐照下,具有优异的光热转换性质以及光热消融肿瘤细胞和小鼠皮下瘤的效果。

 

 

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图1 通过改变醌式给受体结构和延长共轭长度设计NIR-II共轭聚合物的示意图以及不同分子的纳米粒子在水中的归一化的紫外-可见-近红外吸收光谱图。

光热治疗是利用光热试剂在激光照射下热杀伤病原微生物或者异常细胞的治疗方法。然而,目前报道的多数光热材料的激发波长都位于红光(~630-700 nm)或者近红外一区(NIR-I, 700-950 nm)。相比而言,近红外二区(NIR-II,1000-1700 nm)的光因其在生物组织中较低的光散射而具有更大的组织穿透深度。此外,美国的激光使用安全标准(ANSI Z136.1-2000)规定,660 nm、808 nm和1000-1100 nm激光的皮肤最大允许暴露强度分别为0.2 W/cm2、0.33 W/cm2和1 W/cm2。因此,开发最大吸收波长位于1000 nm以上的NIR-II光热材料在生物医学领域具有较高的应用价值。

为实现这一目标,王冰课题组通过引入醌式给受体结构、增强分子内非共价相互作用两种方法来调节共轭聚合物的带隙。首先设计了两种具有不同醌式结构的寡聚物OICN和OIS,二者具有相同的给体单元和不同的醌式受体单元(图1)。寡聚物的能级计算和空间模拟验证了OIS具有更大的共轭结构和非共价“构象锁”的结构特征(图2A,B)。为进一步缩小带隙,作者通过聚合反应延长了分子的共轭长度,得到了在NIR-II窗口具有强吸收的共轭聚合物PIS。体外测试结果表明,PIS纳米粒子溶液在1064 nm激光辐照下具有显著的光热转换能力(图2C,D)和光热杀伤肿瘤细胞的效果(图2E)。以皮下瘤小鼠作为抑瘤实验的模型,在尾静脉注射PIS NPs一段时间后,使用1064 nm激光辐照肿瘤部位可观察到明显的光热抑瘤效果(图2F,G,H)。以上结果表明,PIS NPs在NIR-II激发的光热治疗领域具有潜在的应用价值。本研究为有机NIR-II光热治疗试剂的结构设计提供了有益的参考。

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图2 (A,B)寡聚物的空间结构模拟;(C,D,E,F)在1064 nm激光的辐照下,体外溶液中和体内肿瘤组织中的光热转换曲线和红外热像图;(E)在不同激光辐照下,PIS NPs对肿瘤细胞的暗毒性和光毒性;(H)小鼠抑瘤实验中,不同治疗方法后肿瘤大小变化图。i: Saline, ii: Saline + Laser, iii: OIS NPs + Laser, iv: PIS NPs, v: PIS NPs + Laser.

文信息

Quinoid conjugated polymer nanoparticles with NIR-II absorption peak toward efficient photothermal therapy

Dr. Meng Li, Zheng Li, Danni Yu, Prof. Dr. Ming Wang, Prof. Dr. Dong Wang, Prof. Dr. Bing Wang

Chemistry – A European Journal

DOI: 10.1002/chem.202202930

 

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