本文要點(diǎn)：在超過1300 nm的NIR-II窗口中的熒光成像顯示出比更短波長(zhǎng)窗口更高的成像深度、分辨率和信噪比。然而，具有這種長(zhǎng)波長(zhǎng)發(fā)射的熒光團(tuán)的設(shè)計(jì)和合成仍然非常具有挑戰(zhàn)性。本文以二噻吩并吡咯(DTP)為供體，6，7-二苯基- [1，2，5]噻二唑并[3，4-g]喹喔啉(DPTQ)為受體，合成了一種新型的近紅外熒光團(tuán)DTP-DPTQ。DTP的強(qiáng)給電子能力使得DTP-DPTQ成為具有DPTQ受體的最長(zhǎng)發(fā)射熒光團(tuán)之一。在用F127進(jìn)行親水化包封后，所形成的DTP-DPTQ納米顆粒(NPs)在水性介質(zhì)中的發(fā)射集中在1120 nm處，其中一部分超過1300 nm。通過使用DTP-DPTQ NPs作為造影劑，通過使用1300 nm長(zhǎng)通濾光器的活體成像，可以清楚地看到86.9μm寬的血管。此外，我們還驗(yàn)證了DTP- DPTQ納米粒子在腫瘤的光聲成像和光熱治療中的良好性能，表明DTP-DPTQ納米粒子在腫瘤的精確雙模式診斷和有效治療中是一個(gè)很好的候選者。

 

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在這項(xiàng)工作中，研究人員使用DPTQ作為受體，二噻吩吡咯（DTP）作為供體，通過Suzuki偶聯(lián)反應(yīng)將供體和受體共軛在一起，合成了一種新型的DAD型近紅外II類熒光物質(zhì)DTP-DPTQ。DTP-DPTQ的合成過程相對(duì)簡(jiǎn)單，且不涉及有毒的有機(jī)錫試劑。DTP強(qiáng)大的電子供體能力使得DTP-DPTQ成為以DPTQ為受體的發(fā)射波長(zhǎng)最長(zhǎng)的熒光物質(zhì)之一。在F127的包封下實(shí)現(xiàn)親水化后，DTP-DPTQ NPs在水介質(zhì)中的發(fā)射波長(zhǎng)中心為1120nm，部分超過1300nm，與DPBTA-DPTQ NPs（1125nm）相當(dāng)。通過使用DTP-DPTQ NPs作為對(duì)比劑，我們實(shí)現(xiàn)了高分辨率的近紅外II類熒光成像。此外，我們還驗(yàn)證了DTP-DPTQ NPs在腫瘤的光聲成像（PA）和光熱療法（PTT）中的良好性能，表明DTP-DPTQ NPs在腫瘤的診斷和治療方面具有良好的前景（見圖1）。

 

圖1. DTP-DPTQ的化學(xué)結(jié)構(gòu)、親水化處理以及近紅外II類熒光/光聲雙模成像和光熱療法的示意圖

 

為了實(shí)現(xiàn)熒光發(fā)射波長(zhǎng)超過1300nm的近紅外II區(qū)范圍，我們選擇了強(qiáng)供體DTP和受體DPTQ，通過Suzuki偶聯(lián)反應(yīng)構(gòu)建了DAD型熒光物質(zhì)。合成路線如圖2a所示。

DTP-DPTQ的吸收和發(fā)射光譜在不同溶劑中進(jìn)行了測(cè)量。在甲苯中，其最大吸收波長(zhǎng)和發(fā)射波長(zhǎng)分別為890nm和1050nm（圖2d），隨著溶劑極性的增加，DTP-DPTQ的發(fā)射峰向紅移，這歸因于其ICT特性。

圖2. DTP-DPTQ的合成、理論模擬和實(shí)驗(yàn)光學(xué)性質(zhì)

 

為了驗(yàn)證DTP-DPTQ在生物成像中的應(yīng)用潛力，我們將其包埋在兩性分散劑Pluronic F127中，形成水分散性的DTP-DPTQ NPs（圖3a）。透射電子顯微鏡（TEM）觀察到，DTP-DPTQ NPs呈現(xiàn)球形，平均直徑約為50納米（圖3b）。動(dòng)態(tài)光散射（DLS）測(cè)得它們的平均水動(dòng)力學(xué)直徑約為65nm（圖3c）。在水中，DTP-DPTQ NPs在628-1100nm的吸收帶中心波長(zhǎng)為852nm，在900-1550nm的發(fā)射帶中心波長(zhǎng)為1120nm（圖3d）。

 

圖3. DTP-DPTQ NPs的制備、表征及性質(zhì)

 

圖4a-d比較了在1000 LP和1300 LP下對(duì)小鼠后肢血管進(jìn)行成像。與1000 LP相比，使用1300 LP可以明顯提高信噪比，1300 LP下的信噪比可以達(dá)到1000 LP下的大約1.72倍（圖4d）。此外，在1300 LP光學(xué)濾波器下，可以清晰地看到寬約86.9μm的血管通過腹部成像（圖4e和f）。

 

圖4. DTP-DPTQ納米粒子（0.2mL，2mg/mL）處理后的活體小鼠的后肢和腹部血管的NIR-II熒光成像

 

在0.2mg/mL的濃度下，PBS中，在0.33瓦/平方厘米的功率密度下，6分鐘的照射后溫度超過65攝氏度（圖5a）。此外，在六次加熱/冷卻循環(huán)后，DTP-DPTQ納米粒子的光熱性質(zhì)沒有顯著變化，表明其具有良好的光熱穩(wěn)定性（圖5b）。在808納米激光照射下，DTP-DPTQ納米粒子在PBS中的光熱轉(zhuǎn)換效率（PCE）測(cè)得為51.55%（圖5c和d）。

 

圖5. 體外光熱性能

 

總結(jié)起來，我們成功合成了一種新型的近紅外-II（NIR-II）熒光物質(zhì)DTP-DPTQ，利用DTP作為給體，DPTQ作為受體。DTP的強(qiáng)電子給體能力使得DTP-DPTQ成為具有DPTQ受體中最長(zhǎng)發(fā)射波長(zhǎng)的熒光物質(zhì)之一。在甲苯中，其最大發(fā)射波長(zhǎng)約為1050納米。經(jīng)過F127包封以實(shí)現(xiàn)親水性后，形成的DTP-DPTQ納米顆粒在水介質(zhì)中呈現(xiàn)出900至1550納米范圍內(nèi)的發(fā)射，主峰波長(zhǎng)為1120納米，部分超過1300納米。利用DTP-DPTQ納米顆粒作為對(duì)比劑，我們實(shí)現(xiàn)了高分辨率的近紅外-II熒光成像。此外，我們還驗(yàn)證了DTP-DPTQ納米顆粒在腫瘤光聲成像（PA）和光熱療法（PTT）方面的優(yōu)異性能，表明DTP-DPTQ納米顆粒在腫瘤的診斷和治療方面具有很大的潛力。

 

參考文獻(xiàn)

Xiao, P.; Sun, Y.; Liang, M.; Yang, S.; Li, J.; Zhang, L. e.; Jiang, X.; Wu, W., A fluorophore with dithienopyrrole donor for beyond 1300 nm NIR-II fluorescence/photoacoustic dual-model imaging and photothermal therapy. Materials Today Nano 2023, 24.

 

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