内容提要
聚集体水平的光动力学治疗（PDT）引起了人们极大的兴趣，并推动了多功能光治疗诊断平台的实质性进展。聚集体引起的活性氧（ROS）猝灭和聚集体诱导的ROS产生是两个典型的例子，聚集体效应在光敏剂（PS）的ROS产生中起着重要作用，然而，相对于聚集效应对发光的成熟研究，聚集效应对活性氧生成的研究目前还处于相对萌芽和脱节的阶段，缺乏一个牢固的研究范式的指导。为了推进这方面的工作，本文旨在提供一个综合的概述的基本原则和研究现状的聚集效应对活性氧的产生。在这里，研究现状主要有两个方面，一是孤立态与聚集态的比较，主要通过改变溶剂环境和在给定溶剂中加入助剂两种方法进行，另一种方法强调不同聚集态的区别，包括三个部分，即根据单组分和多组分聚集体的分类进行同一类别内或不同类别之间的比较。在这一奋进中，我们将介绍我们对当前研究方法的看法，这些研究方法探索聚集如何影响ROS的产生，并强调利用聚集效应优化PS团的设计策略。我们希望通过这篇综述，推动光治疗诊断平台的发展，加速精准医疗的临床实施，并激发更多对聚合物级光物理学和光化学的贡献，推动聚合物科学和材料向前发展。
基本原则
PDT的基本光物理和光化学过程如图所示。简而言之，在吸收具有适当能量的光后，基态PS (1PS)被激发为其激发态单重态(1PS*)，该状态可能发生系统间交叉(ISC;从单重态到三重态的跃迁)转变为激发态(3PS*)。然后，允许具有较长寿命的(3PS*与外部底物和氧(I型途径)进行光化学电子转移(eT)以产生超氧化物(O2.-)，过氧化物(O22- )和羟基自由基(OH•)等自由基，和/或与(三重态)氧(II型途径)进行光物理能量转移(eT)以产生单线态氧(1O2)。这些活性产物统称ROS，可与生物物质发生反应并导致细胞杀伤作用。因此，除了ISC和与氧的eT/ eT外，所有激发态失活途径都不利于光动力ROS的产生，因为所有途径都发生在各自的时间尺度上，并且相互竞争，共同决定了宏观性质。也就是说，PDT效应不仅可以通过促进ISC和eT/ eT与氧直接相关的途径，还可以通过抑制其他竞争性失活途径来增强。可能的竞争失活途径包括荧光的辐射转变(F)、延迟荧光(DF)和磷光(P)，以及振动弛豫的非辐射转变(VR;振动状态之间的松弛)，内部转换(IC;具有相同自旋多重性的电子态之间的弛豫)，反向系统间交叉(RISC;从三重态过渡到单重态)，eT/ eT转化为其他态，光化学反应(PR)转化为其他态。如果对于任何特定的应用程序也需要同步的其他失活路径，则需要达到平衡。总之，尽管我们把重点放在PDT上，但有必要全面了解PSs的所有失活途径。
通常，从孤立态到聚集态，激发态失活通路会经历波动，导致宏观性质的变化。在此，我们将这些变化归因于“聚集效应”来说明。虽然在目前的状态下，要概括出一个完整的聚合效应理论是一个挑战，有许多悬而未决的问题，但我们试图对可能的聚合效应原理进行详细的概述，作为后续讨论的参考。聚集体通常可以在一种或多种驱动力及其相互作用下构建，如亲疏水效应、静电相互作用和化学键，其中每个分子单元位于由周围分子组成的微环境中，受到邻近分子的干扰。在这种情况下，核位移和电子相对于孤立态的重分布不可避免地发生在聚集体中，导致各种跃迁的概率发生变化。具体来说，除了初始驱动力外，空间位阻、二次键(如氢键、卤素键)和范德华力(如取向力、感应力、色散力)可能对平衡核的几何形状和势能面有决定性的影响。通常，聚集体中的这些约束力可以解离振动能级并增加弛豫能垒，从而减少IC和VR引起的能量耗散。伴随着各种电子相互作用，电子结构的重新分布也可能影响最终的平衡构型。此外，电子结构还受到分子间电子耦合相互作用的进一步影响，这种相互作用广泛存在于轨道之间(例如，穿越空间共轭)，激子之间(例如，H-aggregate, J -aggregate)，激发态和基态之间(例如，激络合物，准分子)等等。这些耦合效应总是导致跃迁偶极矩的变化和能级的重排。后者通常会导致聚集体中能级密集的能量间隙较小，这可能会加速所有与能级间隙相关的过程(例如VR, IC, ISC)。此外，分子间失活途径也可能在聚集体中受到影响。例如，由于分子间距离较近，与其他分子的eT/ eT以及一些依赖距离的PR(如光诱导二聚化)更容易发生，而由于限制力的作用，一些构型变化较大的PR(如光异构化)往往更难以发生。总之，聚集效应对PDT过程的影响可能是有利的，也可能是不利的，这主要取决于分子间的相互作用和由此产生的特定结构调整。此外，还应考虑有效氧浓度，因为聚集体的形成会干扰PSs对氧的获取，一旦超过一定程度，可能会阻止PSs与氧的相互作用。但目前这方面的系统研究还很少。
研究现状
如引言部分所述，ACQ-ROS和AIG-ROS是体现PDT聚集效应的典型现象，是关注ROS生成能力从孤立状态到纳米聚集状态变化的研究热点。此外，从分子工程和纳米工程的角度比较不同纳米聚集状态下ROS的生成是另一个重点。下面将通过一些典型案例，介绍和评述两种主流研究方法在探索和利用ps对ROS生成的聚集效应方面的研究现状。
隔离态与纳米聚集态的比较
合理的比较方案对于有效和准确地比较隔离状态和纳米聚集状态之间的性质至关重要，以确保观察到的差异具体归因于聚集效应，从而得出可靠的结论。由于ps一般在生理环境中工作，其聚集态一般为纳米聚集体，而非块状聚集体。为了将分离单体与纳米聚合单体进行比较，通常采用两种实验方案，一种是采用两种具有反溶解度的溶剂，可以导致纳米聚合体的形成和溶解，另一种是在给定溶剂中使用佐剂，可以诱导或破坏纳米聚合体。
溶剂环境的变化
在一定摩尔浓度下，改变溶剂环境是比较分离单体与纳米聚合单体最简单可行的方法，可以有效避免外界成分的干扰，最大限度地降低体系的复杂性。该方案通常使用良好的溶剂制备分离单体的稀释溶液，而使用不良的溶剂制备纳米聚集体的胶体假溶液。以疏水性有机分子为例，通常选择甲醇(MeOH)、乙醇(EtOH)、二甲基亚砜(DMSO)、四氢呋喃(THF)等有机溶剂作为良好溶剂，水通常作为不良溶剂。这是涉及ACQ和AIE性质研究的经典测量方法。可以参考的是，大多数涉及分离态和纳米聚集态ROS生成比较的研究也是通过使用不同的溶剂或改变一系列混合物中的溶剂组分来改变溶剂环境来进行的。
早在1995年，就有一篇关于ACQ-ROS现象的早期报告，对血卟啉(Hp)在甲醇溶液和水悬浮液中的1O2量子产率进行了评估。采用时间分辨近红外光谱法监测1O2的磷光，用吸收光谱法测定糠醇的降解率。Hp在MeOH溶液中的1O2量子产率恒定值为~ 76%，而Hp在水悬浮液中的量子产率随着Hp浓度的增加而显著降低，低至<20%。此外，水悬浮液中的Hp对激发波长有明显的依赖性，表明在IC、VR和eT/ eT过程中形成了具有多余能量损失的杂合体，这可能是Hp具有ACQ-ROS特性的根本原因。
在2015年发表的首次验证AIGS - ROS现象的论文中，采用吸收光谱法测定1,3-二苯基异苯并呋喃(DPBF)降解率的常用方法，研究了TPECM在不同溶剂中的1O2生成效率。在DMSO和THF溶液中，几乎没有观察到TPECM产生1O2的反应，而在TPECM水悬浮液中发现了明显的反应，表明产生1O2的效率很高。
此外，TPANPF6的另一个例子也被认为是具有代表性的AIG-ROS活性PS，在几篇综述中都有强调。 9,10-蒽二基双-(亚甲基)二丙二酸(ABDA)根据其降解吸收光谱表示1O2的生成。通过逐渐增加DMSO/水混合物的水分数(流量)，ABDA的降解速率随着TPANPF6聚集体的形成而逐渐增加，表明1O2生成增强。
同样，由于光谱检测方法操作简单，且多种活性氧指标可商业化获取，已有多篇论文通过测量在不同溶剂条件下的响应率来评估分离状态和纳米聚集状态下PPs的生成效率。这里常用的ROS指标包括DPBF、ABDA、9,10-二甲基蒽、[N,N ' -二(2,3二羟丙基)- 9,10-蒽二丙酰胺、2 '，7 ' -二氯二氢荧光素(DCFH)、吲哚菁绿(ICG)。然而，人们注意到了一个令人担忧的问题。虽然实验方案在一定程度上得到了同行的认可，但如果考虑到不同溶剂中ROS指标的敏感性，直接比较指标的响应来确定不同溶剂条件下ROS产率是不严谨的。例如，据报道，一种经过充分研究的PS，玫瑰孟加拉(RB)显示了不同溶剂体系对ABDA的降解率不同。这些结果与报道的RB的1O2量子产率不一致，在各种溶剂(H2O, D2O, MeOH, EtOH等)中，RB的量子产率应该稳定在68-80%。这些观察结果表明，至少对于ABDA，溶剂对指标的影响不应被忽视。
考虑到类似的反例报道较少，我们采用RB作为标准，验证几种ROS指标在不同溶剂中的敏感性，以确定它们是否适用于直接比较不同溶剂中ROS的生成。本文选取磷酸盐缓冲盐水(PBS)、甲醇(MeOH)、DMSO、二甲基甲酰胺(DMF)、THF溶剂以及ABDA、DPBF、DCFH指标作为代表，检查目前报道的AGS - ROS实验涉及哪些。出乎意料的是，这三个指标的趋势完全不同。ABDA对MeOH和THF几乎没有反应，对DMSO和DMF反应中等，但对PBS反应显著。DPBF在MeOH、DMF和THF中的降解率接近，但在DMSO中的降解率略慢，尽管DPBF不溶于水。
更糟糕的是，DCFH荧光指示剂仅在PBS中发现ROS生成的指示信号，而在其他有机溶剂中均不存在。事实上，对于DCFH，这是一个可预测的结果，因为荧光素及其衍生物的极性依赖荧光特性是众所周知的。 DCFH氧化产物二氯荧光素(DCF)在不同溶剂中表现出不同的荧光强度，在水溶液中荧光强度最强，在有机溶剂中荧光强度较弱，在四氢呋喃中甚至没有荧光强度。也就是说，不建议将荧光ROS指标用于不同溶剂的比较。此外，ROS指标的敏感性与指标对ROS的反应速率、其他ROS猝灭剂的反应速率以及体系中ROS的固有失活速率密切相关，这些都极有可能表现出溶剂依赖性。因此，直接用这类溶剂依赖性指标在不同溶剂条件下的响应信号来判断PPs的ROS生成效率是不合适的。
在此，为了避免欺骗性和误导性的信息，我们呼吁设计更严格的实验方案来展示光动力ROS生成的聚合效应。为了抵抗类似的干扰，在比较不同溶剂或不同成分的溶剂混合物中ROS的生成时，建议采用一个标准作为参考，计算相对值供讨论。此外，我们还强烈建议在使用其他ROS检测方法比较不同溶剂中ROS的生成时，考虑溶剂效应，例如在直接测量1O2的磷光强度时，考虑不同溶剂中1O2的寿命。
在给定溶剂中加入佐剂
在特定的溶剂条件下(大多数情况下在水条件下)添加佐剂来促进或破坏纳米聚集体是比较分离状态和纳米聚集体状态的合理选择。在这种情况下，佐剂扮演各种角色，如聚集促进剂、去絮凝剂、催化剂或反应物，有助于实现隔离状态和纳米聚集状态之间的过渡。重要的是，如果形成一个完整的整体，佐剂与原始成分之间的相互作用被认为是可以接受的，这可能对ROS的产生有利或不利。
一般来说，大多数有机PPs含有一个固有的疏水性π共轭主链，在生理水环境中往往形成纳米聚集体。尽管如此，水溶性PPs实际上可以通过带电荷基团或亲水性基团的修饰来获得。这些水溶性PPs可以通过装入包封剂或由包封剂召集巧妙地配制成纳米聚集体，尽管包封效率通常受到良好的水溶性的限制。在此基础上，不仅可以实现水溶液与佐剂基胶体假溶液的比较，还可以实现佐剂触发的组装/拆卸前后的比较。Zhang等报道的一例ICG, ICG是一种商用水溶性化合物，具有较好的ROS生成能力。将ICG包裹在由两种两亲性聚合物GEMA-b-DPAFEMA-b-DPA组成的模拟糖壳中，生成装载ICG的纳米颗粒(NPs)。
与游离ICG相比，体外光照条件下制备的ICG负载NPs对DCFH的响应明显降低，表明其具有ACQ-ROS属性。值得注意的是，壳中的疏水DPA片段具有酸响应性，在酸性微环境下通过氨基质子化从疏水转变为亲水，导致NPs解离，透射电子显微镜(TEM)图像。因此，ICG可以从骨料中释放出来，发挥其PDT能力。Ding等人报道了一种由两种两亲性基质GC5A-12C和PEG-12C构建的纳米载体(NC)，水溶性PPs可以通过与胍基的电荷辅助氢键和与大环杯芳烃的主-客相互作用来招募和组装。聚集体内相互作用可能涉及到PSs和/或PSs与杯芳烃之间的相互作用，因此负载的PSs的荧光和ROS活性可能会被湮灭。然后，加入更具竞争性的三磷酸腺苷(ATP)客体可以触发PS的释放并恢复其活性氧活性。在这项工作中，采用了四种具有水溶性和典型ACQ和ACQ- ros特征的商业ps来证明该策略的普遍性，包括中四(4-磺酰基)卟啉(TPPS)，磺化酞菁铝(AlPcS4)，伊红Y (EY)和RB。TPPS和EY的例子，这些水溶性PPs在被加载到杯芳烯基NC中后，其ROS生成能力被“关闭”，而杯芳烯基NC通过添加过量的ATP再次“打开”。此外，各种各样的基质(如层状阳离子固体、上转换NP、氧化石墨烯)已经成为水溶性ps的加载和刺激响应释放策略的候选材料，它们有望用于靶向递送和可活化的PDT治疗。
此外，通过切割增溶碎片来逆转PPs的溶解度也是控制聚集和分散状态的明智策略。例如，酶水解触发聚集是一种实用的方法，其中水解酶被用来选择性地切割亲水模块，而不改变关键的PPs部分。值得注意的是，一些光物理过程(例如，Förster共振能量转移，激发态分子内质子转移)也可以通过去除亲水模块来调节，但这里我们关注的是不同物理状态引起的变化。TPECM- 2GFLGD3 -cRGD是Liu等人设计的经典酶激活型AEG - ROS探针，由一个疏水tpe基PPs片段(TPECM)、一个组织蛋白酶b响应肽底物(- GLY - PH - LEU - GLY -， GFLG)、三个亲水性Asp (D)单元和一个靶向整合素的环精氨酸甘氨酸天精氨酸(cRGD)组成。由于其良好的水溶性，TPECM-2GFLGD3-cRGD在水条件下没有荧光，ROS生成能力可以忽略不计。在组织蛋白酶B的激活下，GFLG连接体被特异性识别并劈裂，同时亲水性部分离开，导致疏水的TPECM片段被释放并聚集成nanotpecm -残基(在不良溶剂环境中形成的自组装纳米聚集体在本文中以“纳米”前缀命名)，这一点通过显著的荧光增强以及激光散射和原子力显微镜的测量得到验证。并证实TPECM-2GFLGD3-cRGD在暴露于活化的组织蛋白酶-b后会产生大量的1O2。此外，利用组织蛋白酶B在恶性肿瘤中的异常过表达，TPECM-2GFLGD3-cRGD被赋予了靶向和控制治疗的选择性和特异性。Liu等人制备了TPE-Py- fpygpypy，由基于TPE的PS片段、TPE-Py和含有三个酪氨酸磷酸(pY)的短肽组成，由于pY残基具有亲水性，TPE-Py- fpygpygpy在水中溶解良好，荧光弱，ROS生成能力可以忽略不计。碱性磷酸酶(ALP)的处理使TPE-Py FpYGpYGpY的磷酸盐亚结构断裂，剥夺了其水溶性，从而导致自组装聚集体的形成，TEM证实了这一点。因此，在水中ALP的作用下，得到的TPE-Py-FYGYGY的1O2生成明显增强，表明其对过表达ALP的癌细胞具有选择性。值得注意的是，ALP触发的pY裂解不仅可以最大限度地减少化学修饰以避免其他机制的干扰，还可以通过去除离子基团增加膜的通透性，从而改善非离子片段进入靶细胞的内在化。值得一提的是，这些水溶性和酶激活的PPs在生理条件下具有相当大的稳定性，对过表达酶的特定病变具有优越的选择性。
除了通过化学修饰获得水溶性PPs外，还提出了物理干预以防止疏水或两亲性PPs在水环境中形成纳米聚集体，其中佐剂作为物理间隔剂参与分离聚集的分子。Park等报道了一种硫羰基萘酰亚胺衍生物，命名为MANI-S。在乙腈有机溶剂中，以DPBF为指示剂，以RB为标准测定的1O2量子产率接近100%，光致发光量子产率为0%。但在水条件下，它倾向于以纳米聚集体(NanoMANIS)的形式自组装。与其在有机溶液中的分离形态不同，NanoMANI-S在ROS生成中表现出ACQ-ROS的特征。巧妙的是，添加白蛋白(例如牛血清白蛋白[BSA]或人血清白蛋白)可能通过乳化作用将完整的NanoMANI-S破坏成分离的MANI-S单体，从而显著恢复ROS的产生，这可以从添加白蛋白后水中NanoMANI-S的动态光散射(DLS)信号消失中得到证明。这种疏水ACQ-ROS分子具有生物大分子(如蛋白质，核酸)诱导聚集体分解和ROS生成恢复的能力，已经有几个案例，显示出可激活PDT的潜力。类似地，在水环境中倾向于形成纳米聚集体的AIG-ROS分子也可以通过引入防絮凝剂来调节。Guo等报道了一种两亲性的苝二酰亚胺基化合物(PDIPa)。TEM和DLS的表征结果表明，其在水中自组装成纳米聚集体(NanoPDIPa)。制备的纳米dipa在水中的1O2量子产率高达81%(以ABDA为指示剂，亚甲基蓝(MB)为标准)，并伴有微弱的荧光。将带负电荷磺酸基的聚合物Nafion加入到体系中，通过静电相互作用破坏纳米dipa的聚集结构。加入Nafion后，PDIPa在水中的光电流响应急剧下降，表明纳米dipa堆叠良好的填充结构和分子间电子传递被破坏。因此，水中PDIPa的1O2生成被Nafion完全淬灭。这也表明纳米dipa分子间的电子耦合相互作用对其ROS生成能力有很大的影响。此外，还可以利用各种策略，如主客交互作用，从物理上阻止PSs自聚集，从而调节ROS的产生。但是一个值得怀疑的问题出现了，即物理间隔剂的干预是否可以将纳米聚集体完全分散到孤立的分子中，或者相反，是另一种具有不同性质的纳米聚集体形式，这对结构表征要求很高。
不同纳米聚集态的比较
不同形态的单组分纳米聚集体
如上所述，将少量疏水或两亲性聚丙烯酸酯的有机溶剂掺入水中，可以直接得到单组分纳米聚集体，其中聚丙烯酸酯容易自组装成纳米聚集体(有些疏水性过强的聚丙烯酸酯可能形成大的沉淀)，通常具有随机无序的分子堆积模式。除了这种常见的方法外，已经开发了几种纳米制造方法来制备具有特定有序分子堆积模式的纳米聚集体，即产生纳米晶体。类似于非晶粉末和单晶的区别，分子的堆积模式对吸光度和发射度有影响，这也可能影响ROS的产生。Laursen等人报道的代表性案例制备了两种TPETP纳米聚集体，一种是直接在THF/水混合物中形成的无定形纳米聚集体(NanoTPETP)，另一种是通过晶体种子介导超声法获得的结晶良好的纳米聚集体(TPETP纳米聚集体)。为了对这两种纳米聚集体进行表征，我们使用扫描电镜(SEM)检查生成的纳米聚集体的形貌，并使用单颗粒选择区域衍射(SAED)和x射线衍射来验证TPETP纳米聚集体的结晶。与NanoTPETP相比，TPETP在400和450 nm范围内的吸收带更红，发射更强，PLQY值为2倍，这可能是由于TPETP纳米聚集体中更平面的分子构象，这有利于电子供体和受体段之间的相互作用。同时，由于对可见光的吸收增强，TPETP纳米材料比NanoTPETP产生更多的1O2，因此在相同的照射下对HeLa细胞具有更高的光毒性。除了性能的提高，分子有序排列所产生的晶体性质使得纳米晶体可以用不同的方法进行表征，从而获得关于聚集体结构的有用信息，从而解码聚集体级的结构-性质关系。
除了物理手段外，亲水性(如PEG链)或疏水性(如烷基链)片段的共价附着到分子中是改变单组分纳米聚集体结构的常用策略。以小分子OSs和聚合物PPs为例，给出了有共价连接PEG链(PEGylation)和没有共价连接PEG链的PPs的比较。在这里，聚乙二醇化可以将疏水性PPs转变为两亲性，不仅使自组装的纳米聚集体具有相对有组织的形态，具有更好的水分散性和胶体稳定性，而且还可以作为屏蔽物，减少极性介质对溶剂致变色PPs的影响。第一个例子中，Li等人制备了由亲水性PEG段和疏水性聚(氨基酸)段组成的两亲嵌段共聚物，并将其与基于三苯胺(TPA)的PPs结合，即得到PPs功能化共聚物CopOTTMN。在共聚物链的辅助下，通过调节共溶剂可以很容易地实现对纳米ocop - ottmn的形貌控制。DLS、SEM和低温电子显微镜(cryo-EM)结果显示，与未抛光的模型分子MeOTTMN相比，在DMF/水混合物中形成无序的NanoMeOTTMN，在DMF/水混合物中，CopOTTMN倾向于自组装成更大尺寸和双层中空结构的聚合物体，而在THF/水混合物中，CopOTTMN倾向于排列成更小尺寸和头对头结构的胶束)。相对于NanoMeOTTMN, Cop-OTTMN聚合体和胶束都表现出轻微的蓝移发射，PLQY值相当。但对于ROS生成，Cop-OTTMN聚合体和胶束的1O2量子产率(分别为13%和20%)均高于NanoMeOTTMN(7%，以ABDA为指标，RB为标准)。与胶束相比，Cop-OTTMN聚合体测得的1O2量子产率较低可能是由于内部产生的1O2与指示剂之间的不完全接触。
然而，在这项工作中，发现Cop-OTTMN聚合体由于被活细胞内化的能力减弱而被剥夺了光毒性。在Liu等人报道的另一个类似案例中，PEG链直接连接到由TPE和蒽醌(AQ)作为重复单元组成的PTPEAQ AIE聚合物的侧链上，得到PTPEAQ-PEG。未抛光的纳米tpeaq在THF/water混合物中表现出微弱的发射，1O2量子产率为22%(以ABDA为指示剂，以RB为标准)。值得注意的是，附着的PEG链包围了活性PPs基团，从而增强了纳米tpeaa -PEG的发射和更高的1O2量子产率。
此外，可以通过调整合并段的长度、数量和功能组来精确控制聚合体结构和相应的属性。反之，去除附着的亲水或疏水片段也会导致聚集体结构和相应的ROS生成特性的变化，这可能由特定的物种或环境触发，从而实现靶向药物释放和激活PDT。
单组分纳米聚集体与多组分纳米聚集体
相对于单组分纳米聚集体，引入佐剂来辅助纳米聚集体的制造为结构操纵、性能调整和应用扩展提供了更大的灵活性和可能性，这些通常是通过具有普遍适用性和可操作性的物理方法进行的。最常见的是，包封剂(如两亲性聚合物和生物大分子)被用来装载PPs并制造包封良好的PPs负载NP，通常具有疏水核和亲水壳。迄今为止，大量的研究已经调查了这些良好封装的NPs与其单组分原始纳米聚集体的差异，这对于理解封装剂如何影响活性内容物的结构和性质至关重要，比如在这种情况下的PPs。例如，ptpeaq负载的NP是使用两亲性聚合物，马来酰亚胺端包封1,2-二硬脂酰sn-甘油-3-磷酸乙醇胺- n-(聚乙二醇)(DSPE-PEG-Mal)作为包封剂制备的。ptpeaq负载的NP表现出最强的荧光和最好的ROS生成能力，1O2量子产率高达82%(以ABDA为指标，RB为标准)，与单组分(NanoPTPEAQ和NanoPTPEAQ- peg)相比，由于封装剂的保护减少了极性介质的影响，并且封装剂限制了分子内运动的减弱。在本研究的进一步体外实验中，将抗her2粘附体偶联在NP上，以帮助特异性靶向和内化her2过表达的SKBR-3癌细胞。一般来说，人们认为物理负载在NPs中的PPs通常采用相对于其单组分原始纳米聚集体更密集的排列，而最终性质的变化在很大程度上取决于分子结构。Liu等人报道了一个说明性病例。以甲氧基取代的TPE、苯并噻唑和三氰取代的二氢呋喃为偶联物，设计了一种具有AIE活性的PPs，命名为TBT。与在THF/水混合物中形成的NanoTBT形成鲜明对比的是，负载tbt的NPs被甲氧基端包覆的DSPE-PEG (DSPE-PEG- ome)表现出猝灭的荧光和1O2的产生，这是由于h聚集体的形成，从负载TBT的NPs的蓝移和吸收最大值增加可以看出。为了削弱分子间相互作用并阻碍h -聚集体的形成，设计了双支异内酯基作为非共轭间隔剂附着在TBT上，生成TBTC8。与负载tbt的NP相比，负载TBTC8的NP整体性能得到优化，吸收更红，发射增强，生成1O2的能力更强(以ABDA为指标，RB为标准)(47.8%)。更重要的是，相对于NanoTBTC8，没有出现性能下降。此外，负载tbtc8的NP总体上表现出比商用PS Chlorin e6 (Ce6)更具竞争力的性能，包括更宽的吸收、红移发射、更高的1O2生成以及对4T1肿瘤更好的PDT疗效。
为了适当和充分利用不同的聚合条件，可以采用具有刺激响应的可降解或可切割材料作为包封剂，以可控地改变负载PPs的聚合条件。到目前为止，已经开发了各种刺激反应系统作为胶囊来控制药物的传递和激活。如Chen等利用阴离子多糖透明质酸(HA)通过静电相互作用包裹携带三乙基铵TPP的阳离子卟啉衍生物，形成负载TPP的HA NP。在这里，HA不仅可以被癌细胞中过度表达的CD44受体选择性识别，还可以被称为HAase的生物标志物特异性降解。经HAase孵育后，负载Tpp的HA NP从带负电荷的大纳米聚集体转变为带正电荷的小纳米聚集体，表明HA降解，NanoTPP重新聚集。同时，在负载tpp的HA NP中被湮灭的荧光和产生1O2都被HAase激活。体外实验结果表明，与cd44 -低表达的MCF-7相比，负载tpp的HA NP对高表达的HeLa细胞具有更好的细胞摄取效率和更强的光毒性。除了通过静电相互作用加载PPs外，疏水PPs在HA上的共价附着也被证明适用于这种haase触发策略，可以避免PPs的意外释放。此外，显示了采用可切割聚合物作为封装剂的另一个例子。Wang等人制备了两种刺激响应的两亲性聚合物P-Hyd和P-SS，用于封装TPA基PS，称为MeTTMN，以制备MeTTMN负载的P-Hyd NP和MeTTMN负载的P-SS NP。其中，P-hyd和P-SS分别含有一个ph响应的腙键和一个氧化还原响应的二硫键，连接亲水性PEG和疏水性聚己内酯的两个片段。mettmn负载的P-hyd NP在醋酸缓冲溶液(ABS;pH = 5)和mettmn负载的P-SS NP在dl -二硫苏糖醇(DTT)存在下会被破坏，因为可切割的连锁基团被破坏。结果，疏水性MeTTMN被释放，然后在水介质中重新聚集成NanoMeTTMN，如DLS结果所示。虽然PLQY没有显著变化，但在酸性环境中，mettmn负载的Phyd NP和DTT存在下，mettmn负载的P-SS NP的ROS生成显著增强。mettmn负载的P-hyd NP和mettmn负载的P-SS NP都能被4T1细胞很好地内化，然后在细胞内环境中释放NanoMeTTMN并表现出活化的光毒性。
不同形态的多组分纳米聚集体
多组分纳米聚集体的多样性和灵活性允许定制配方和参数，使定制聚集体结构和相应的属性成为可能。在物理封装策略中，首先，封装剂在塑造内容物的聚合微环境以及影响纳米聚集体内部的相互作用，控制整体行为方面起着重要作用。有各种各样具有不同特性的封装剂可用于NPs的制造。因此，改变包封剂是调制多组分纳米聚集体的一种流行方法。例如，Ding等人报道了两种具有不同特征的聚合物包封剂，用于负载具有AIE活性的含TPA和吡啶的四芳基乙烯，即TPP-TPA。一种是常用的带线型和柔性烷基链的DSPE- peg，在此基础上制备了负载TPP-TPA的DSPE NP。另一种是具有刚性曲率和大空间位阻的环烯修饰的聚乙二醇(Cor-PEG)，用它制备了负载TPP-TPA的Cor NP。因此，与负载TPP-TPA的DSPE NP相比，在负载TPP-TPA的Cor NP中培养了一个更受限的微环境，这有望抑制TPPTPA分子内运动介导的过渡，从而为其他过渡途径提供空间。令人满意的是，与负载TPP-TPA的DSPE NP相比，负载TPP-TPA的Cor NP具有显著的荧光扩增和增强的1O2 生成。负载TPP-TPA的Cor NP在影像引导下的肿瘤手术和腹膜癌小鼠模型的PDT上表现优异。Liu等报道的纯有机DSPE- peg - mal包封剂与含无机物的复合包封剂的对比示例，并制备了由AQ中心和两个TPE外围(BTPEAQ)组成的PS进行加载，从而制备了聚合物壳BTPEAQ负载的DSPE NP和固体硅壳BTPEAQ负载的SiO2 NP。
虽然BTPEAQ具有AIE活性，但在极性水环境中，NanoBTPEAQ表现出微弱的发射(PLQY = 0.3%)，几乎不产生1O2 (1O2 量子产率= 2%，以ABDA为指示剂，以RB为标准)。相比之下，BTPEAQ负载的DSPE NP具有更好的荧光，PLQY为3.9%，1O2 量子产率高达38%。而负载BTPEAQ的SiO2 NP进一步增强了荧光，PLQY为12.1%，但剥夺了1O2 的量子产率仅为4%，与图10A不同，在更受限的微环境下，荧光和ROS生成都得到了增强。在这里，相对于聚合物外壳，SiO2外壳不仅提供了一个更受限制的环境来抑制分子内运动，而且还改善了BTPEAQ与极性水环境的隔离，以增加辐射跃迁速率，使荧光通道更具竞争力。
此外，负载btpea的DSPE NP进一步用肿瘤靶向肽cRGD修饰，进一步对整合素过表达的MDA-MB-231细胞进行体外PDT。除了人工基质外，白蛋白等天然生物大分子也可以用来携带PPs进行比较，其固有的结构允许它们与携带的ps发生多种相互作用。例如，Feng等报道了一种由TPA、AQ和吡啶偶联的具有AIE活性的阳离子PS (TPAQ-Py-PF6)，成功地缠结到BSA的疏水结构域，形成负载TPAQ-Py-PF6的BSA NP。值得注意的是，与负载tpaq - py - pf6的DSPE NP相比，负载tpaq - py - pf6的BSA NP的ROS生成(包括I型和II型ROS)明显增加。
在这里，BSA不仅通过限制分子内运动减少了非辐射过渡途径，而且为I型ROS的生成提供了必要的底物。体外和体内实验均证明了负载TPAQ-Py-PF6的BSA NP具有优异的PDT性能。顺便提一下，一般认为I型和II型PDT可以同时发生，但相互竞争。Gao等人发表了通过改变包封剂来调节这两种PDT途径的典型例子。制备了一种缺电子的PEG-b-PLA共聚物和一种富电子的peg -PDPA共聚物，分别包封5、10、15、20四(中羟基苯基)卟啉(mTHPP)，得到mTHPP负载的PLA NP和mTHPP负载的PDPA NP。使用2,2,6,6-四甲基-4-胡椒酮(TEMP)和5,5 -二甲基-1-吡咯啉- n -氧化物(DMPO)作为捕集剂，分别进行电子自旋共振(ESR)测试以测量1O2 和O2•−的形成。结果表明，负载mTHPP的PLA NP更倾向于生成O2•−，而负载mTHPP的PDPA NP更倾向于生成O2•−，这表明富电子环境促进了I型途径。结果表明，在缺氧条件下，mTHPP负载的PDPA NP比MTHPP负载的PLA NP表现出更明显的光毒性。
此外，微调详细参数是纳米聚集体制造的另一个关键方面，它允许精确的属性调整和性能优化。图显示了一个主要成分相对比例变化的情况。Zhou等设计了一种糖基纳米聚集体，通过将线性aie活性PS羧基端(CTRA)和两亲性n-十二烷基-β-半乳糖胺(DGal)。通过改变CTRA和DGal的摩尔比，制备了一系列具有不同性质的CTRA/ DGal NP。随着DGal组分的增加(范围从CTRA/DGal摩尔比= 1/0到1/1)，CTRA/DGal NPs的水动力尺寸普遍增加，这可能是由于表面分布的半乳糖基(虽然在1/0.5的比例下略有下降，但由于半乳糖基对极性水环境的保护，发射强度显著增加，发射峰从635 nm逐渐蓝移到605 nm。由于糖和蛋白质的相互作用，诱导细菌凝集的能力逐渐增强。在ROS生成方面，通过增加DGal的比例，在不添加DGal的情况下，测得的1O2量子产率开始时最低为7%，在1/0.2的比例下最大增加33.8%，然后在1/0.8和1/1的比例下下降并达到平台期约16%(以ABDA为指示剂，RB为标准)。总的来说，随着Dgal的增加，CTRA/Dgal NPs对金黄色葡萄球菌的光毒性逐渐增强，杀伤效率接近100%，比例为1/0.8和1/1。这个例子说明了纳米聚集体的微调可能会对它们的性质和性能产生广泛的影响。图描述了另一个代表性案例，以证明微调的作用，Feng等人将其发展成为制造尺寸可控NPs(采用DSPE-PEG-OMe作为封装剂)的通用且简便的方法。
以AIE活性聚合物PTPEDC为例， DLS和TEM结果表明，随着THF与水的比例增加，负载PTPEDC的DSPE NPs的尺寸在20-100 nm范围内可调。这是因为较高的四氢呋喃分数会降低溶质从四氢呋喃到水的扩散速率，导致成核和聚集速率减慢，最终导致更大的颗粒。然而，在这种条件下，作者未能获得尺寸小于20 nm的NPs。为了解决这个问题，调整了DSPE-PEG-OMe和PTPEDC的进料比。随着DSPE-PEG-OMe数量的增加，成功获得较小的NPs。此外，我们还尝试了搅拌和旋转蒸发两种方法，以不同的速度去除THF，比较它们对NPs最终尺寸的影响。结果表明，较高蒸发速率的旋转蒸发更有利于形成较小的NPs。最后，制备了PTPEDC负载的DSPE NPs，其尺寸范围在10-100 nm之间，通过吸光度进行有效浓度校正后，研究尺寸对荧光和ROS生成的影响。随着尺寸的增加，荧光不断增强，而ROS生成先增加后减少，在尺寸为 45 nm处达到峰值。这些结果表明荧光、IC和ISC的激发态失活通路之间存在竞争。当尺寸较小时，IC通道与溶液中一样占主导地位，增加尺寸会抑制IC通道，从而自发地促进其他两个通道。而当尺寸增大到一定程度时，IC通道失去竞争力，荧光与ROS生成的竞争占据主导地位，其中荧光的增强比ISC通道更占优势。而同时具有ACQ和ACQ-ROS特征的Ce6的情况则大致相反，随着大小的增加，荧光和ROS生成都变弱。此外，在用细胞穿透肽Tat (RKKRRQRRRC)修饰装载PTPEAQ的NP(尺寸为25、45和80 nm)后，本研究还研究了尺寸对细胞摄取效率和光毒性的影响。在HeLa单层细胞和多细胞球体模型中，ptpeaq负载的大小为 45 nm的DSPE-Tat NP表现出最好的性能，表明尺寸控制对NP的重要性。
总结
以ACQ-ROS和AIG-ROS两个典型的例子为例，聚集效应在ps的ROS生成中起着重要作用，值得深入探索和充分利用。在这篇综述中，简要介绍了以PDT为主要焦点的聚集体级光物理和光化学的基本见解，以促进理论的建立。近二十年来，聚集体级光物理和光化学领域取得了令人瞩目的进展，引发了先进功能材料的蓬勃发展。PDT作为一种新兴的光介导治疗方式，在总体上取得了很大的进展。以ACQ-ROS和AIG-ROS两个典型的例子为例，聚集效应在ps的ROS生成中起着重要作用，值得深入探索和充分利用。在这篇综述中，简要介绍了以PDT为主要焦点的聚集体级光物理和光化学的基本见解，以促进理论框架的建立。主要综述了ROS生成背景下聚集效应的研究现状，重点介绍了聚集效应可靠验证的研究方法和聚集效应实际应用的设计策略。简而言之，包括分子工程和纳米工程在内的各种方法都可以操纵PPs的物理状态，包括孤立状态和不同的纳米聚集状态。在这里，一个不受干扰的比较对于令人信服地证明ROS生成的聚集效应至关重要，在此基础上，聚集效应可以通过巧妙的设计加以利用，并扩展为智能治疗平台。但从所展示的案例中，我们不难看出，虽然已经取得了相当大的进展，但还需要做出更多的努力:
1. 通常采用直接比较不同溶剂条件下ROS指标的信号响应来评估分离状态和纳米聚集状态下ROS生成的差异。然而，一些指标的响应率，例如最广泛使用的ABDA和DCFH，本质上依赖于溶剂。通过承认这个与溶剂相关的问题，必须倡导更严格的实验方案，例如根据标准化参考校准结果以消除溶剂相关偏差，明确显示总体效应并避免潜在的误导性结论。
2. 添加佐剂促进分离状态和纳米聚集状态之间的过渡是评估它们在特定溶剂条件下ROS生成差异的合理方案。在这个过程中，佐剂可以与PPs整体结合，甚至影响ROS的生成。然而，如果游离的、未结合的佐剂与生成的ROS相互作用并与指示剂竞争，可能会干扰检测结果，则需要在比较之前进行额外的纯化。更重要的是，佐剂对指示剂的影响(例如，从指示剂中淬灭信号)需要可以忽略不计或最小。通过消除佐剂对检测过程的不当干扰，确保了对聚合效果的可靠评估，提供了准确可靠的结果。
3. 构建具有定制结构的不同纳米聚集体是探索和利用聚集效应的实用策略。尽管做出了上述努力，目前纳米技术在PDT相关研究中的应用只是其潜力的一小部分。在PDT领域还有许多未开发的技术有待发现和利用。随着纳米技术的不断发展，新技术的进一步结合将有广阔的空间，为更深入地理解和创新地利用聚集效应铺平道路，以实现更有效的PDT。与此同时，随着纳米聚集体的复杂性和精细调节程度的增加，所制备的纳米聚集体的物理化学表征(如组成、尺寸、形状、表面电荷和孔隙率)变得至关重要和苛刻。因此，有必要引入先进的分析技术来协助鉴定影响纳米聚集体中ROS生成的核心因素并揭示其内在规律。
4. 在隔离状态和纳米聚集状态之间或在各种纳米聚集状态之间的过渡具有由外部刺激或特定生物标志物选择性触发的潜力。通过利用这些状态中ROS生成的差异，可以通过响应外部刺激或识别特定的生物标志物来设计PPs的选择性激活，从而实现pdt非活性状态和-活性状态之间的切换。这些可激活的PDT系统提供了可控的和特定部位的治疗平台，具有最小的脱靶效应和全身毒性。
参考文献
Exploring and leveraging aggregation effects on reactive oxygen species generation in photodynamic therapy, Zeyan Zhuang, Jianqing Li, Pingchuan Shen, Zujin Zhao,* BenZhong Tang,* Aggregate. 2024;e540. https://doi.org/10.1002/agt2.540
