内容提示
本工作采用分子锁定策略融合两个烷基取代的噻吩设计出烷基取代的二噻吩并 [3,2-b:2',3'-d] 吡咯（aDTP）。这种新型 π 桥具有平面结构和强给电子能力，同时抑制分子间 π-π 相互作用，使得构建具有 NIR-II 吸收活性的 AIEgen（命名为 aDTP-TPA）成为可能。aDTP-TPA 增强的 π 共轭和供体 - 受体相互作用使其产生 NIR-II 吸收并提高摩尔消光系数（ɛ），与基于噻吩的类似物 C6T-TPA 和 DC6T-TPA 相比，表现出更优异的光物理性质。当制成水溶性纳米粒子（NPs）时，aDTP-TPA NPs 展现出显著的组织穿透深度和改善的成像分辨率。体内研究中，全身血管造影、肠系膜循环成像、脑血管可视化以及 NIR-II 引导的肿瘤手术，都凸显了这些纳米粒子在生物医学应用中卓越的成像能力。
具有平面 π 桥的 AIEgen 的分子设计
为实现增强的近红外吸收和红移发射，研究人员开发了一系列含不同邻位烷基化 π 桥的 D-π-A-π-D 结构 AIEgen。每个 AIEgen 均包含给电子三苯胺（TPA）单元，其庞大结构可有效抑制分子内 π-π 相互作用，并在聚集态下限制分子运动1。受体单元选用 BBTD，因其具有强吸电子特性和扩展的 π 共轭结构，能实现近红外吸收 / 发射及高吸光率。鉴于平面 π 共轭体系可提高荧光团的摩尔消光系数（ε）以优化成像性能，研究对 π 桥结构进行了精心设计。为扩展 π 共轭并增强供体 - 受体（D-A）相互作用，研究分别将噻吩、联噻吩和烷基取代的二噻吩并 [3,2-b:2',3'-d] 吡咯（aDTP）作为 π 共轭桥和给电子基团引入 C6T-TPA、DC6T-TPA 和 aDTP-TPA 中4。尽管扩展 π 共轭能提升光学性能，但也会增加聚集诱导猝灭（ACQ）效应的风险。为此，在三种 AIEgen 中均引入邻位烷基链，通过在 BBTD 核心周围引入空间位阻，减少分子间 π-π 相互作用，从而保留 AIE 特性。在 aDTP-TPA 中，烷基链的引入进一步增大了分子间距离，增强了聚集态下的荧光强度并优化了光物理性能。
研究采用密度泛函理论（DFT）计算分析了合成的 AIEgen 的优化几何结构和电子性质。由于烷基链产生的显著空间位阻，C6T-TPA、DC6T-TPA 和 aDTP-TPA 的 π 桥与 BBTD 核心间形成约 50° 的较大二面角。此外，TPA 单元与 π 桥间也存在约 29° 的二面角，致使三种 AIEgen 的整体分子结构呈扭曲状。最高占据分子轨道（HOMO）主要分布在给体单元，最低未占据分子轨道（LUMO）则主要分布在受体和 π 桥单元，且两轨道重叠极小，表明其具有强分子内电荷转移（ICT）特性7。计算得到的 HOMO-LUMO 能隙分别为：C6T-TPA 1.47 eV、DC6T-TPA 1.41 eV、aDTP-TPA 1.26 eV，随着 π 共轭程度增加和 D-A 相互作用增强，能隙逐渐减小。
aDTP-TPA 增强的光物理性质展现卓越的 NIR-II 发射
在四氢呋喃（THF）中，C6T-TPA、DC6T-TPA 和 aDTP-TPA 的最大吸收波长分别为 698 nm、701 nm 和 825 nm。C6T-TPA 和 DC6T-TPA 在各自最大吸收波长处的摩尔消光系数（ε）分别为 2.12×10⁴ M⁻¹・cm⁻¹ 和 2.30×10⁴ M⁻¹・cm⁻¹。相比之下，具有平面 π 桥结构的 aDTP-TPA 在 825 nm 处表现出显著更高的 ε 值，表明其光子吸收和发射效率得到增强。此外，aDTP-TPA 的吸收光谱宽化至 1100 nm，在 808 nm、980 nm 和 1064 nm 处的 ε 值分别为 3.45×10⁴ M⁻¹・cm⁻¹、9.14×10³ M⁻¹・cm⁻¹ 和 1.4×10³ M⁻¹・cm⁻¹，优于大多数已报道的 NIR-II AIEgen。发射光谱显示，DC6T-TPA 的 PL 峰相比 C6T-TPA（896 nm）略微红移至 960 nm。值得注意的是，aDTP-TPA 在 808 nm 激发下于 NIR-II 窗口展现出 1058 nm 的最大发射。在 980 nm 激发下，aDTP-TPA 的发射光谱进一步延伸至 1650 nm，为高清晰度荧光成像提供了强大平台。相比之下，C6T-TPA 和 DC6T-TPA 在 980 nm 激发下发射微弱。这些结果证实，将平面 aDTP 单元引入 D-π-A-π-D 结构的 AIEgen 中，可显著增强 π 共轭并强化 D-A 相互作用。这种分子工程策略使吸收和发射光谱均发生显著红移，延伸至 NIR-II 区域，从而促进更深的组织穿透并提升成像分辨率。为评估 AIE 特性，我们记录了 THF / 己烷混合溶剂中不同己烷分数（f_H）下的 PL 光谱。所有 AIEgen 的 PL 强度均随 f_H 升高而逐渐增强，在 f_H=99% 时达到最大发射。通过 I/I₀比值量化的 AIE 强度显示出显著的 AIE 特性。此外，由于更高的 ε 和红移发射，aDTP-TPA 相比 C6T-TPA 和 DC6T-TPA 表现出更优异的亮度。在 808 nm 激发下，aDTP-TPA 在 1000-1500 nm 发射窗口内的亮度（定义为 ε× 量子产率 φ，单位 M⁻¹・cm⁻¹）计算为 20.70 M⁻¹・cm⁻¹，超过了相同发射范围内的 C6T-TPA（16.21 M⁻¹・cm⁻¹）和 DC6T-TPA（8.54 M⁻¹・cm⁻¹）。这些增强归因于 aDTP 单元的扩展 π 共轭和强给电子特性，其提高了吸收效率，实现了更长波长的激发/发射，并增加了 NIR-II 范围内的亮度。
aDTP-TPA 纳米粒子的体外近红外二区（NIR-II）成像性能
我们将其封装在两亲性聚合物 DSPE-PEG2000 中，制备出水分散性纳米粒子（NPs）。通过动态光散射（DLS）对这些纳米粒子的流体力学直径进行评估，并利用透射电子显微镜（TEM）观察其形貌。结果显示，纳米粒子的流体力学直径约为 60-70 nm，多分散指数（PDI）约为 0.178，这表明其具有出色的水分散性和均匀的尺寸分布。TEM 图像进一步证实了它们均匀的球形形貌。与分子类似物相比，纳米粒子的吸收峰发生了明显红移，这是由于纳米粒子内部分子间 π-π 相互作用增强所致。具体来看，C6T-TPA、DC6T-TPA 和 aDTP-TPA 纳米粒子的最大吸收波长分别为 722 nm、741 nm 和 844 nm，对应的波长偏移（Δλ）分别为 24 nm、40 nm 和 19 nm。在 980 nm 激发下，这些纳米粒子的发射峰分别出现在 1026 nm、1037 nm 和 1130 nm。其中，aDTP-TPA 纳米粒子相比其他对照物展现出更优异的光吸收能力和更显著的红移现象，突出了其增强的吸收和发射特性。
基于 aDTP-TPA 纳米粒子的近红外二区（NIR-II）成像引导肿瘤切除
我们在皮下接种 4T1 肿瘤的 BALB/c 裸鼠模型中，利用 NIR-II 成像系统（808 nm 激发，1350 nm 长通滤光片）探究了 aDTP-TPA 纳米粒子在肿瘤检测与边界勾勒中的应用潜力。纳米载体在肿瘤部位的积累主要归因于增强的渗透与滞留（EPR）效应。为进一步提升肿瘤靶向性与穿透能力，将 Arg-Gly-Asp（cRGD）肽共轭到纳米载体上，利用其对肿瘤细胞和新生血管内皮细胞中高表达的整合素 αvβ3/αvβ5 的强亲和力实现精准靶向。经尾静脉注射 cRGD 修饰的 aDTP-TPA 纳米粒子后，肿瘤在注射后 6 小时（P.I.）清晰可见，肿瘤信号背景比（SBR）达 3.47。肿瘤积累在注射后 6 小时达到峰值，随后在 12 至 72 小时逐渐降低。尽管荧光强度有所下降，但从注射后 6 小时到 72 小时，归一化的肿瘤部位横截面荧光强度分布始终呈现明显的肿瘤峰值。SBR 在注射后 12 小时仍保持较高的 3.19，直至 72 小时仍稳定在≈2.5。这些结果表明，aDTP-TPA-cRGD 纳米粒子可实现持续的肿瘤积累与长时间滞留，确保了长时间内可靠的高对比度成像。为评估 aDTP-TPA-cRGD 纳米粒子的体内分布，我们对肿瘤及主要器官进行了离体荧光成像。肝脏和脾脏显示出最强的荧光信号，肿瘤呈现中等强度荧光，而肾脏、肺和心脏的荧光明显较弱，表明 aDTP-TPA-cRGD 纳米粒子主要通过单核吞噬细胞系统经肝脏和脾脏清除。基于肿瘤成像的理想结果，我们在 BALB/c 裸鼠中进行了 4T1 异种移植瘤的成像引导手术切除。利用肿瘤积累数据，aDTP-TPA-cRGD 纳米粒子实现了有效的肿瘤诊断与精准的边界勾勒，在注射后 6 小时获得最佳成像效果。在此时间窗内进行 NIR-II 荧光引导的肿瘤切除手术，在荧光引导下成功切除 4T1 肿瘤，切除后未检测到残留荧光信号。
总结
我们通过引入分子锁定 π 桥 aDTP 并结合邻位烷基链，成功合成了新型 AIEgen——aDTP-TPA，其作为高效 NIR-II 可激发 AIEgen 展现出优异的摩尔吸光性能。分子锁定策略有效限制了联噻吩之间的扭曲，增强了 aDTP-TPA 的 π 共轭，并显著提高了其激发系数。此外，DTP 单元增强的给电子特性强化了供体 - 受体（D-A）相互作用，缩小了 HOMO-LUMO 能带隙，使吸收红移至 1100 nm，发射延伸至 1650 nm。得益于红移的激发 / 发射光谱和高激发系数，aDTP-TPA 纳米粒子（NPs）表现出优异的 1064 nm 激发能力、卓越的深层组织穿透性和高质量成像性能。值得注意的是，这些纳米粒子可实现全身血管造影，以及肠系膜和脑血管的高清晰度成像。肿瘤靶向的 aDTP-TPA-cRGD 纳米粒子在肿瘤部位实现了有效积累，通过 NIR-II 成像促进了肿瘤的精准检测，并通过荧光引导肿瘤切除提高了手术精度。
参考文献
Molecularly Locked ��-Bridge Endows AIEgen with 1064 nm Excitation for Deep Tissue Imaging,Wenjing Liu, Huilin Xie, Jianlin Liu, Na Zhu, Suyin Wang, Rongfeng Wang, Xiaogang Zhang, Guangkui Xu, Guy M. Genin, Feng Xu,* Jianquan Zhang,* Guorui Jin,* and Ben Zhong Tang*,Adv. Funct. Mater. 2025, 2501668,https://doi.org/10.1002/adfm.202501668
