内容提要
本文通过改变受体单元的侧链结构和供体的共轭程度，制备出具有典型聚集诱导发光（AIE）特性（ɑALE>3）的近红外二区共轭聚合物。共轭聚合物纳米粒子（PoBVT NPs）在近红外荧光成像(QY = 1.94%)和高效光热治疗(η = 45%）方面表现出色。体内研究表明，通过近红外二区荧光（FL）近红外二区光声（PA）成像能够精确获取肿瘤位置，激光照射后具有显著的抗肿瘤效果。这项工作为设计用于近红外二区荧光 / 光声成像以指导近红外二区光热治疗应用的多功能共轭聚合物提供了前景。
聚合物的光物理性质
与传统的三苯胺供体相比，将含有噻吩和双键共轭单元的 (E)- 丁烯 - 2 - 烯（V）作为电子供体引入聚合物中，旨在增强 AIE 特性。观察到在 PmBV 和 PoBV 中，苯并双噻二唑与烷基噻吩平面之间的二面角从 (0.051/0.051) 变为 (54.371/51.941)。类似地，在 PmBVT 和 PoBVT 中，苯并双噻二唑与噻吩间隔基之间的二面角从 (1.041/1.671) 变为 (53.031/53.731)。这种现象可归因于靠近苯并噻二唑平面的烷基链导致的空间位阻增加，从而增大了烷基噻吩与苯并噻二唑平面之间的二面角。这个较大的二面角破坏了聚合物的平面性，导致分子间 π-π 堆积减少，聚集导致荧光猝灭（ACQ）特性减弱。值得注意的是，在含有供体 VT 的聚合物 PmBVT 和 PoBVT 中，供体与受体之间的二面角明显更大，分别为 (18.481/33.701) 和 (14.901/12.741)，而仅含有供体 V 的聚合物中，二面角则小得多。这种差异可归因于供体 VT 中的噻吩结构，它不仅延长了聚合物的共轭长度，还与受体之间产生了更显著的空间位阻，导致它们之间的二面角更大，从而形成扭曲结构。
PmBV在四氢呋喃（THF）中的吸收波长可延伸至 1200nm。此外，使用不同的激发光源记录了所有四种聚合物的发射光谱，由于 PmBV 在近红外二区有强烈吸收，因此使用 1064nm 激光激发，而其他三种聚合物则使用 808nm 激光激发。使用 808nm 激光作为激发光源，也记录了共轭聚合物在 THF 溶液中的发射光谱。四种聚合物 PoBVT、PoBV、PmBVT 和 PmBV 展现出相似的近红外二区荧光光谱，主要荧光峰分别位于 1080nm、1048nm、1115nm 和 960nm。为了研究这些聚合物的 AIE 性质，记录了在水含量从 0% 到 90% 的 THF 和水混合溶液中的发射光谱。PmBVT 和 PmBV 的光致发光（PL）几乎被淬灭，这表明它们仍然表现出 ACQ 效应。PoBVT 和 PoBV 的 PL 强度随着 THF / 水混合溶液中水含量的增加而逐渐增强。PoBVT 的 AIE 增强因子是 PoBV的 2.2 倍。这种显著的 AIE 增强可归因于噻吩上烷基链的取代位置。
纳米粒子的光物理性质和光热性能
为了提高疏水性聚合物在生物治疗中的水分散性和血液循环时间，使用两亲性聚合物 F - 127 将具有显著 AIE 效应的 PoBV 和 PoBVT 组装成纳米粒子。通过动态光散射（DLS）和透射电子显微镜（TEM）对 PoBV 纳米粒子和 PoBVT 纳米粒子的平均尺寸和形貌进行了表征。DLS 分析显示，PoBV 纳米粒子和 PoBVT 纳米粒子的粒径分别为 86.97nm 和 109.75nm。PoBVT 纳米粒子和 PoBV 纳米粒子的 zeta 电位值分别为 6.21mV 和 4.69mV。同时，PoBVT 纳米粒子和 PoBV 纳米粒子的多分散指数（PDI）分别为 0.36 和 0.47。将 PoBVT 纳米粒子和 PoBV 纳米粒子在室温下静置 10 天，期间未观察到其粒径分布或近红外二区吸收强度有明显变化。因此，含有 PoBVT 纳米粒子和 PoBV 纳米粒子的水溶液在 10 天后可被认为是稳定的。TEM 图像表明，所制备的两种纳米粒子均呈现出均匀的球形。使用紫外分光光度法测定 PoBVT 纳米粒子和 PoBV 纳米粒子的包封率分别为 25.5% 和 21.2%PoBV 纳米粒子和 PoBVT 纳米粒子在水中的吸收光谱均出现红移，最大吸收峰分别位于 746nm 和 756nm。与相应的 THF 溶液相比，这些纳米粒子的吸收波长更长。值得注意的是，PoBVT 纳米粒子的荧光强度明显高于 PoBV 纳米粒子，这表明其在体内近红外二区荧光成像方面具有更强的能力。
首先，由于 PmBV 没有荧光发射，我们对其光热转换能力进行了研究。结果表明，无论在 1064nm还是 808nm（光照下，PmBV 纳米粒子的温差约为 21℃。我们推测，PmBV 的平面性导致了复杂的分子内和分子间电子跃迁过程，从而赋予其低发射和适度光热转换能力的独特性质。经计算，PmBV 在 808nm 和 1064nm 处的光热转换效率（PCE）分别为 42.06% 和 42.71%。在 808nm 激光照射下，测试了所得纳米粒子在水溶液中的光热转换能力。在功率密度为的激光连续照射 5 分钟后，PoBVT 纳米粒子和 PoBV 纳米粒子的最高温度分别约为 78.5℃和 62.7℃。经过连续五次升温和降温循环后，PoBV 纳米粒子和 PoBVT 纳米粒子的光热转换能力几乎没有变化，这表明它们具有出色的稳定性。PoBVT 纳米粒子的光热转换效率（PCE）最高，达到 45%，是 PoBV 纳米粒子（25%）的 1.8 倍。PoBVT 纳米粒子 PCE 的提高可能归因于供体和受体之间较大的二面角，这扩大了分子运动的可用空间，从而增强了后续肿瘤热激活治疗的潜力。
体外杀瘤研究
研究了 PoBVT 纳米粒子在体外对 4T1 癌细胞的光热治疗效果。我们使用 3-(4,5 - 二甲基噻唑 - 2 - 基)-2,5 - 二苯基溴化四氮唑（MTT）法来测量 4T1 小鼠癌细胞的相对活性。即使在高浓度下，PoBVT 纳米粒子也表现出极低的细胞毒性。然而，在 808nm激光照射下，细胞活力随浓度增加而降低，这突出了 PoBVT 纳米粒子对癌细胞显著的光热治疗效果。为了直观评估体外光热治疗的有效性，利用共聚焦激光扫描显微镜，通过荧光素二乙酸酯碘化丙啶双染色来区分活细胞（绿色荧光）和死细胞（红色荧光）。在 PBS、PBS + 激光和 PoBVT 纳米粒子处理组中观察到强烈的绿色荧光，这表明 PoBVT 纳米粒子具有低细胞毒性和优异的生物安全性。在 808nm 激光照射后，用 PoBVT 纳米粒子处理的细胞显示出红色荧光染色，这表明 PoBVT 纳米粒子对 4T1 细胞具有良好的治疗效果。此外，流式细胞术证实了 PoBVT 纳米粒子经激光照射可诱导细胞凋亡。在仅用 PoBVT 纳米粒子或激光处理的对照组中，大多数细胞保持存活，肿瘤细胞凋亡率低于 12%，而用 PoBVT 纳米粒子和 808nm 激光照射处理的细胞凋亡率显著高于 72%。这些体外实验结果表明，PoBVT 纳米粒子在近红外二区照射下对肿瘤光热治疗具有优异的疗效。
体内近红外二区荧光和光声成像
选择 4T1 荷瘤小鼠，评估 PoBVT 纳米粒子在肿瘤区域的近红外二区荧光（FL）光声（PA）成像性能。肿瘤部位的 FL/PA 强度逐渐变化，在注射后 24 小时达到峰值。对近红外二区的 FL 和 PA 强度进行定量分析，结果显示与注射后 10 分钟相比，分别增加了 4.3 倍和 8.9 倍。注射约 48 小时后，解剖小鼠，收集主要器官和肿瘤进行近红外二区荧光强度测试。结果表明，纳米粒子主要集中在肿瘤、肝脏和脾脏。PoBVT 纳米粒子在近红外二区光激发下作为近红外二区 FL/PA 探针非常有效，为肺癌治疗提供了可靠的指导。由于注射后 24 小时肿瘤位置的近红外二区 FL/PA 信号强度最高，因此在这个特定时间进行光热成像。在 808nm 激光照射下，肿瘤温度逐渐升高，激光照射组的肿瘤温度可达到 50℃以上。治疗后对小鼠肿瘤进行解剖和称重，进一步证实了 PoBVT 纳米粒子在体内近红外二区 PA/PTT/FL 的协同治疗效果。
总结
我们利用相邻烷基噻吩单元产生的空间位阻来调整聚合物重复单元的构型，并选择合适的供体进行比较。最终得到的最优共轭聚合物 PoBVT 纳米粒子不仅具有较高的(ɑALE)，而且在 808nm 激发下，对肿瘤还展现出出色的近红外二区荧光（(QY = 1.94%)）和光热治疗（η= 45% ）性能。
参考文献
Fabrication of conjugated polymers with aggregation-induced near-infrared-II emission for efficient phototheranostics†,Hui Han, Yuwen Xue, Yafeng Yang, Kai Chen, Pengfei Sun, * Qingming Shen * and Quli Fan *,J. Mater. Chem. B, 2024, 12, 8383,https://doi.org/10.1039/ d4tb01198h
