内容提要
本文采用螺旋桨聚集诱导发光（AIE）结构作为螺旋桨聚集诱导发光（AIE）单元，以噻吩为平面π桥，通过超声波诱导J聚集，构建了一种新型的扭曲平面J聚集体，并将其应用于光疗中。MTSIC中的最佳扭曲平面π相互作用诱导适当的滑移角和J聚集体形成，使吸收从624 nm红移到790 nm。相反，较短的π平面性导致无定形聚集体，超声处理可以有效地控制MTSIC的自组装行为，在用脂质-PEG包封后，所得J-点显示出比无定形点增强的光疗效果，包括亮度、活性氧（ROS）产生和光热转化，提供上级癌症光疗性能。
分子设计与合成
本研究一个标志性的AIE部分，选择具有扭曲分子几何形状的MTPA作为电子供体，其还充当空间位阻以诱导分子间π-π堆积平面之间的滑移堆积。选择（3-氧代-2，3-二氢-1H-茚1-亚基）丙二腈（IC）和噻吩（S）单元作为电子受体和π桥，其中IC上的羰基可以与S单元形成分子内S···O=C构象锁以减小扭转角，从而确保基本的分子骨架平面性和足够的π-π相互作用。合成了三种S数从1到3变化的分子，即MTIC，MTSIC，和MTSSIC。
光物理性质和理论计算
利用紫外-吸收光谱和光致发光（PL）光谱研究了它们的光物理性质，发现随着S数的增加，它们的吸收峰（在四氢呋喃（THF）中）表现出从MTIC的589 nm到MTSIC的624 nm和MTSSIC的628 nm的红移类似地，MTIC、MTSIC和MTSSIC的最大发射波长分别位于632 nm、975 nm和990 nm处这些红移与π共轭长度的增加一致，这扩展了电子离域并减小了最高占据分子轨道（HOMO）之间的能隙，和最低未占分子轨道（LUMO）。然后通过动态光散射（DLS）研究了它们在具有不同水分数（fw）的THF/水混合物中的聚集行为。ATIC和MTSSIC在fw为70%时开始形成纳米聚集体，而MTSIC在60%的较低fw下形成纳米聚集体。由于MTPA的引入通常赋予AIE特性，评价其AIE特征。所有三种化合物在最初增加fw时显示出降低的荧光强度，这归因于与Dπ-A构型相关的分子内电荷转移（ICT）特性，导致在高极性溶剂中的发射减少。随着fw的进一步增加以诱导纳米聚集体的形成，所有三种化合物都表现出增强而不是减弱的荧光，这表明它们的典型AIE特征与ICT效应竞争。
超声诱导的J-聚集行为
对于许多有机分子来说，当从良溶剂转移到不良溶剂时，由于纳米沉淀，常常瞬时形成无定形纳米聚集体，首先研究了AIE荧光团在THF/水混合物中的聚集行为。在没有超声处理的辅助下，增加fw仅导致吸收带略微加宽。这应该是由纳米聚集体内增强的分子间相互作用引起的。在fw为70%时初步研究了潜在的超声诱导的J-聚集，有利于纳米化。有趣的是，MTSIC在从623 nm到790 nm的吸收带中显示出显著的红移进一步的监测显示转化发生在2分钟内。MTSSIC显示出明显不同的现象，其中超声处理后，主吸收峰从634 nm红移至688 nm，出现440 nm吸收带进一步的监测显示MTSSIC在4分钟时首先从634 nm蓝移到440 nm，表明形成了H-聚集体中间体，MTSIC在790 nm处显示出J带，而MTSSIC仅为688 nm，这表明MTSIC的J聚集更优化。超声处理有效地诱导有序堆积，π共轭长度显著调节它们的组装行为，具有平衡的扭曲平面π共轭的MTSIC表现出最佳的J聚集，而没有足够平面共轭的MTIC显示出最小的超声诱导结晶能力，具有太长π平面的MTSSIC具有更高的CT J聚集能力。还在超声处理之前和之后测量了MSSIC（在fw=70%）JSIC表现出非常高的荧光增强因子46.1，这是由于AIE效应和J-聚集增强发射的协同作用，而MTIC和MTSSIC在不存在最佳J-聚集的情况下仅显示2.9倍和6.5倍的荧光增强。进一步研究了溶剂效应，当fw值在60%~ 75%范围内变化时，吸收带发生轻微的蓝移（从566 nm至547 nm），用于10 min超声处理下的MTIC，当增加超声处理时间时，其进一步显示H-聚集趋势，吸收蓝移至503 nm。 MTSIC和MTSSIC表现出非常不同的J聚集现象。Abs 790/Abs 624作图表明，超声处理时间可以很好地调节MTSIC的J聚集，其中较低的fw导致快速的J聚集，这归因于较松散的分子堆积，有利于分子重排。在fw为80%时，在440 nm处出现新的吸收带，表明H-聚集体的参与。但是，这种H-带很快消失，随后被J-带所取代，暗示MTSIC可能经历了一个无定形到H-聚集体再到J-聚集体的转变过程，而MTSSIC在更宽的fw范围内表现出H-聚集体和J-聚集体的共存（50%≤fw≤75%），这归因于具有较长平面π-共辄的较好结晶能力。长平面性似乎也导致不可避免的CT J聚集，这对红移吸收带是不利的。
J点的制备与表征
为了提高胶体的稳定性和生物相容性，选择两亲性聚合物DSPE-PEG 2000作为包封基质，制备了基于MTSIC J聚集体的纳米点（称为J点）。制备过程包括将含有MTSIC和DSPEPEG 2000的THF溶液加入到水/THF体积比为4的水溶液中，然后超声10 min。类似地，具有无定形聚集体的MTSIC纳米点（Adots）也仅用2分钟的超声处理来制造。J点和A点显示出相似的流体动力学直径，分别为~34.8 nm和~52.6 nm。透射电子显微镜（TEM）图像显示它们的均匀球形，Jdot的尺寸为25.5 nm，A-点的尺寸为~39.2 nm J-dot和A-点也具有相似的zeta电位，分别为28.6 mV和31.5 mV，这归因于PEG壳的向外延伸，并证明了成功的纳米包封它们还表现出优异的胶体稳定性，如在水溶液中储存7天后流体动力学直径几乎不变所证明的粉末X射线衍射（PXRD）分析进一步显示MTSIC的衍射峰。证实了J点内的MTSIC结晶性质。与A-点（620 nm）相比红移170 nm，类似于J-聚集体的吸收光谱。J-点的摩尔消光系数（λ）在790 nm处测定为3.45×104 L·mol-1 · cm-1，J-点的荧光增强了约1.62倍（在620 nm处为2.13×104 L·mol-1 · cm-1）J-点的荧光增强了约20.5倍。然后用各种ROS探针评估J-dots和A-dots的ROS生成能力。使用2，7-二氯二氢荧光素（DCFH）评估总ROS生成量。J-点在808 nm激光照射下递送约115的CD 3DCFH荧光增强因子，比A-点和商业PS吲哚菁绿色（ICG）高近6.9倍和17.0倍，证明了J-点更上级的ROS产生能力。有趣的是，在660 nm激光照射下，J-dots仍然表现出比A-dots更强的ROS产生能力，在该波长下，A-dots表现出更强的吸收，证明了J聚集可以增强ROS的产生。（亚甲基）二丙二酸（ABDA）、二氢罗丹明123（DHR 123）和羟苯基荧光素（HPF）作为单线态氧（1O2）、超氧阴离子（O2 -）和羟基自由基（OH-）探针。J点和A点都不会产生II型活性氧（1O2），在808 nm下也不产生OH- 相比之下，DHR 123的增强的荧光证明了O2 - 产生能力，并且J点表现出比A点高5.2倍的O2 - 产生能力此外，在光照射下，J-聚集体也表现出比无定形聚集体高得多的光电流，证明了它们更强的电荷分离能力，促进与周围氧的电子转移以产生O2 -。
J-Dots的体外光疗
在孵育HeLa细胞24小时后，用2，7-二氯二氢荧光素二乙酸酯（DCFH-DA）探针评估由J-dots产生的细胞内ROS。没有激光照射的J-dots、A-dots和磷酸盐缓冲盐水（PBS）组都没有显示出显著的绿色荧光。在808 nm照射后，J点+L（L是指808 nm激光照射）组显示出显著的细胞内绿色荧光，而所有其他组没有，采用MTT法检测J-dots在808 nm激光照射下对肿瘤细胞的杀伤作用J-点和A-点都表现出可忽略的暗毒性，表明它们具有优异的生物相容性。在808 nm激光照射下，用J-点处理的细胞显示出显著的杀肿瘤功效，半抑制浓度（IC 50）值为2.3 μg/mL。然而，A-点递送非常差的癌细胞杀伤能力，在808 nm激光照射下，在20 μg/mL的高浓度下保持80%的细胞活力。使用发绿光的钙黄绿素-乙酰氧基甲酯（AM）和发红光的碘化丙啶（PI）的活/死细胞染色测定进一步观察到J dots+L组中强的红色荧光以绿色荧光为代价，与A dots + L组中高数量的绿色发射细胞形成鲜明对比流式细胞术分析进一步显示，J-dots+L组中95.74%的细胞凋亡，在早期凋亡中为61.3%，在晚期凋亡中为31.44%。该结果，连同其它组中的高存活细胞百分比，证实了J-点的优异的光疗性能。
K-Dots的体内抗肿瘤光疗法
将4 T1肿瘤细胞接种于雌性BALB/c小鼠右后肢建立荷瘤小鼠模型，待肿瘤生长至90 mm 3左右时，将小鼠随机分为PBS组、J-dots组、PBS+L组、J-dots+L组，每组5只。瘤内注射J-dots或PBS，在注射后2 h对选定组的小鼠进行808 nm激光照射，用热成像相机记录肿瘤内的温度变化J-dots+L组中的肿瘤温度在10分钟内达到60.2 °C的平台，与PBS+L组中1.9°C的最小温升相比，然后连续监测这些小鼠的肿瘤体积和体重16天。单独的J-dots或激光照射递送最小的抑制作用，如通过J-dots、PBS+L组中与对照PBS组相似的肿瘤生长曲线所证明的。肿瘤在第16天提取的肿瘤的重量也证实了J-点的上级肿瘤消除性能此外，在整个过程中，在所有组中均未观察到体重的显著变化。然后进行使用苏木精和伊红（H&E）染色、Ki-67和末端脱氧核苷酸转移酶dUTP缺口末端标记（TUNEL）染色的组织学和免疫组织化学分析。Ki-67染色图像显示J-dots + L组的绿色荧光最弱，表明这些肿瘤细胞在J-dots和808 nm激光照射后丧失了增殖能力。类似地，TUNEL免疫荧光染色测定也表明J-dots+L组的凋亡水平最高。
总结
我们在此开发了一种新的扭曲平面分子工程策略，结合超声诱导的J聚集策略，制备了用于光疗的D-A型小分子J聚集体。通过改变平面π共轭长度，以AIE部分作为扭曲单元来调节分子的扭曲和平面几何构型的平衡，以调节其聚集行为。平面π相互作用有利于J-聚集体的形成，而平面π相互作用的缩短导致无定形聚集体的形成，而平面π相互作用的延长导致CT J-聚集体的形成。通过优化超声波诱导J聚集过程的关键参数，得到了三种不同的、稳定的聚集体（无定形，H-和J-聚集体）的一个分子（MTSIC）。PEG 2000封装表现出比A点更优越的上级光物理性质，包括红移吸收带（从620 nm到790 nm），摩尔消光系数增加（1.6倍），荧光扩增（20.5倍），增强ROS生成（6.9倍），促进光热效应（40.67%），体外和体内实验均表明J-点具有显著的抗肿瘤作用。聚集策略的研究为理解H/J聚集体的可控自组装过程提供了重要的理论依据，不仅为合理的分子设计和可控自组装开辟了新的途径，而且还突出了J聚集体在生物医学应用中的治疗优势。
参考文献
Twisted-Planar Molecular Engineering with Sonication-Induced J-Aggregation To Design Near-Infrared J-Aggregates for Enhanced Phototherapy,Yubo Liu , Yuchen Song , Zhong-Hong Zhu, Chao Ji, Jianqing Li, Hanyu Jia, Yang Sh*, Fang Hu,* Zujin Zhao, Dan Ding, Ben Zhong Tang, and Guangxue Feng,Angew. Chem. Int. Ed. 2025, 64, e202419428,https://doi.org/10.1002/anie.202419428
