近日，材料科学与工程学院、有机电子与信息显示国家重点实验室范曲立教授团队在有机光诊疗材料领域取得新进展，通过供体/侧链工程增加分子平面性实现了近红外（NIR-II）光诊疗剂的性能调控，探究了其在肿瘤成像和治疗领域中的应用。2月1日，相关成果以“Increasing Molecular Planarity through Donor/Side-Chain Engineering for Improved NIR-IIa Fluorescence Imaging and NIR-II Photothermal Therapy under 1064nm”为题发表在国际学术期刊Angewandte Chemie International Edition（《德国应用化学》）上。重点实验室范曲立教授、孙鹏飞副教授和西北工业大学胡文博教授为共同通讯作者，陈尚钰博士为论文第一作者。
过去的几年中，光诊疗在单一材料中的精确荧光/光声成像（FLI/PAI）和无创光热治疗（PTT）方面得到了蓬勃发展。特别令人感兴趣的是由NIR-II光源触发的光诊疗，因为它呈现出更高的组织穿透深度、安全的最大允许曝光（MPE）密度和超高的信号背景比（SBR）成像，这是传统的第一近红外（NIR-I，700-900 nm）光诊疗所无法实现的。理想的第二近红外（NIR-II，1000-1700nm）光触发的光诊疗剂通常需要具有较高的NIR-II摩尔消光系数（ε），以最大化光捕获能力和诊断/治疗功能所需的能量输出。而在众多的光诊疗剂中，具有供体-受体-供体（D–A–D）结构的有机共轭小分子（CSM）由于具有优异的生物相容性、良好的结构和易于制备而成为主要的研究关注点。因此，开发具有强NIR-II吸收、NIR-II荧光和NIR-II光热的CSM用于肿瘤的光诊疗是一个理想选择，但由于缺乏可靠的设计指南，这仍然是一个巨大的挑战。
针对这一挑战，范曲立教授、孙鹏飞副教授与西北工业大学胡文博教授合作，报告了一种通过调节分子平面性用于精准光诊疗应用的高性能NIR-II CSM。与基于扭曲分子的传统策略（其NIR-II吸光度极低）相比，具有刚性平面结构的分子由于其有限的自由键振动/旋转，通常表现出较高的摩尔消光系数，从而自然增加了输出信号（NIR-II荧光和NIR-II光热）的上限。因此，调节分子平面性有望成为设计理想NIR-II光触发光诊疗剂的关键。基于这一设想，研究团队通过合理操纵分子平面度，合成了一系列具有强烈NIR-II吸收和强大能量输出的高性能D-A-D型CSM。对结构与性能之间关系的研究表明，通过简单增加平面噻吩单元个数引起的平面性的提高是有限的。为此，研究团队同时在分子末端引入烷基侧链进一步显著提高分子的平面性，从而同步增强了分子的NIR-II吸收、荧光与光热性能。该研究成果阐明了分子平面性在操纵NIR-II吸收和能量输出以实现高效NIR-II光诊疗方面的关键作用，为开发高性能NIR-II光诊疗剂开辟了新途径。
平面性D-A-D型有机小分子及肿瘤诊疗应用
（撰稿：孙鹏飞 编辑：陈宁娜 审核：赵允玉）