内容提要
本研究采用分子寡聚化（通用结构为 S-D-A-D′-A-D-S）和供体工程（改变供体连接体 D'）策略设计光诊疗试剂。这些策略能有效调节分子构型和能级，影响其光学和热学性质。将三种寡聚物（O-T、O-DT 和 O-Q）制备成水溶性纳米颗粒（NPs）。特别是 O-T 纳米颗粒在 1064 nm 处表现出更高的摩尔消光系数（是 O-DT 纳米颗粒的 4.3 倍，约为 O-Q 纳米颗粒的 4.8 倍）。在 1064 nm 激光照射下，O-T 纳米颗粒在三种纳米颗粒中显示出最高的近红外二区荧光亮度和产热能力（光热转换效率（PCE）=73%），并可作为近红外二区成像引导的体内光热治疗试剂。
荧光纳米颗粒的制备与表征
分子寡聚化策略在构建具有近红外二区吸收、近红外二区发射及批次间重现性的荧光团方面具有巨大潜力。供体单元的分子工程已被证实是调控光诊疗试剂光学性质的有效方法。例如，通过改变供体结构，可轻松实现荧光团的强吸收能力和良好的近红外二区荧光发射。因此，为开发用于近红外二区荧光成像和近红外二区光热治疗的高性能试剂，我们探索了分子寡聚化和供体工程策略，以设计新型光诊疗试剂。所有寡聚物在甲苯、二氯甲烷、四氢呋喃等有机溶剂中均表现出良好的溶解性。为提高其水溶性，采用普朗尼克 F127 作为包封基质，将寡聚物分散在水中形成纳米颗粒。动态光散射（DLS）结果显示，纳米颗粒的尺寸在 120–160 nm 范围内，且这一结果通过透射电子显微镜（TEM）图像得到验证，从中可直观观察到纳米颗粒呈均匀的球形。O-T 纳米颗粒、O-DT 纳米颗粒和 O-Q 纳米颗粒的 zeta 电位分别为 0.785、−0.949 和−0.192 mV。所有纳米颗粒在储存五周后，尺寸均未出现明显变化，表明其具有优异的稳定性。此外，经连续激光照射后，纳米颗粒的吸收强度几乎保持不变。O-T 纳米颗粒、O-DT 纳米颗粒和 O-Q 纳米颗粒在 1064 nm 处的摩尔消光系数经计算分别为 1.55×10⁴、0.36×10⁴和 0.32×10⁴ M⁻¹・cm⁻¹。O-T 纳米颗粒的这一数值最高，而如此高的系数有利于获得理想的光诊疗效果。
光热性能
为评估这些纳米颗粒的光热性能，我们在 1064 nm 激光照射下（功率密度为 1.0 W cm⁻²）测量了不同浓度纳米颗粒水溶液的温度变化。所有纳米颗粒的溶液温度均随照射时间延长而升高，且温度升高幅度与纳米颗粒浓度呈正相关。其中，O-T 纳米颗粒表现出最显著的升温效果：在浓度为 100 μg mL⁻¹ 时，其溶液温度在 5 分钟内从 25 °C 升至 68.5 °C，远高于相同条件下 O-DT 纳米颗粒（升至 52.3 °C）和 O-Q 纳米颗粒（升至 48.2 °C）的升温幅度。这一结果与 O-T 纳米颗粒较高的摩尔消光系数相符，表明其能更高效地吸收 1064 nm 激光能量并转化为热能。当激光功率密度从 0.3 W cm⁻² 增至 1.5 W cm⁻² 时，100 μg mL⁻¹ O-T 纳米颗粒溶液的平衡温度从 38.2 °C 逐步升至 76.8 °C，说明其光热转换效率可通过调节激光功率灵活调控，这在实际治疗中有助于根据需求精准控制温度。为量化光热转换效率（PCE），我们采用经典的时间常数法进行计算。根据图中的散热曲线，O-T 纳米颗粒、O-DT 纳米颗粒和 O-Q 纳米颗粒的 PCE 分别为 73%、58% 和 52%。O-T 纳米颗粒的高 PCE 进一步证实了分子寡聚化和供体工程策略在提升材料光热性能方面的有效性，使其成为极具潜力的光热治疗试剂。
体外光热治疗
为评估这些纳米颗粒的体外光热治疗效果，我们以 4T1 乳腺癌细胞为模型进行了细胞活力实验。我们研究了激光照射下纳米颗粒的光热杀伤效果。将 4T1 细胞与不同浓度的纳米颗粒共孵育 24 小时后，用 1064 nm 激光（功率密度 1.0 W cm⁻²）照射 5 分钟，继续培养 24 小时后检测细胞活力。结果显示，随着纳米颗粒浓度增加，细胞存活率显著下降。其中，O-T 纳米颗粒表现出最强的光热杀伤能力：当浓度为 100 μg mL⁻¹ 时，细胞存活率仅为 5.6%，远低于相同条件下 O-DT 纳米颗粒（存活率 32.8%）和 O-Q 纳米颗粒（存活率 41.2%）处理组。这一结果与 O-T 纳米颗粒优异的光热性能一致，证实其能通过高效产热实现对肿瘤细胞的选择性杀伤。活/细胞染色实验进一步直观验证了光热治疗效果。在无激光照射时，三种纳米颗粒处理的细胞均以活细胞（绿色荧光）为主；而在激光照射后，O-T 纳米颗粒处理组出现大量死细胞（红色荧光），且细胞形态明显皱缩破裂，而 O-DT 和 O-Q 纳米颗粒处理组的死细胞比例相对较低。
近红外二区二区荧光成像引导的体内光热治疗
为评估这些纳米颗粒在活体水平的诊疗性能，我们建立了 4T1 乳腺癌荷瘤小鼠模型，探究 O-T 纳米颗粒作为近红外二区荧光成像引导光热治疗试剂的可行性。首先，通过尾静脉向荷瘤小鼠注射 O-T 纳米颗粒（200 μL，2 mg mL⁻¹），并在不同时间点（0、6、12、24、48 小时）进行近红外二区荧光成像。结果显示，注射后 6 小时肿瘤部位开始出现明显的荧光信号，24 小时时信号达到最强，表明 O-T 纳米颗粒可通过高通透性和滞留效应（EPR）在肿瘤部位有效富集。定量分析进一步证实，24 小时时肿瘤与正常组织的荧光信号比值（T/N）达到最大值（约 5.8），这为光热治疗的精准时机选择提供了可靠依据。基于近红外二区荧光成像结果，我们选择在注射 O-T 纳米颗粒 24 小时后进行体内光热治疗。将荷瘤小鼠随机分为 4 组：对照组（生理盐水）、单纯激光照射组（仅 1064 nm 激光照射）、单纯 O-T 纳米颗粒组（仅注射纳米颗粒，无激光照射）以及 O-T 纳米颗粒 + 激光照射治疗组。治疗过程中，实时监测肿瘤部位的温度变化：在 1064 nm 激光（1.0 W cm⁻²）照射 5 分钟后，O-T 纳米颗粒 + 激光组的肿瘤部位温度迅速升至 56.8 °C，足以实现肿瘤细胞的热消融，而其他三组的肿瘤部位温度升高均不明显（<40 °C）。
鉴于 O-T 纳米颗粒在体外表现出优异的光热效应，我们随后在荷瘤小鼠中开展了光热治疗实验。首先，利用热像仪研究了 O-T 纳米颗粒在 1064 nm 激光照射下的体内产热情况。PBS + 激光组即使照射 10 分钟，肿瘤部位的温度也几乎没有变化；相比之下，纳米颗粒 + 激光组的肿瘤温度在 10 分钟内显著升至 56.1 °C，这表明 O-T 纳米颗粒在体内具有良好的光热效应。随后，通过记录小鼠肿瘤体积的变化，评估了 O-T 纳米颗粒在 1064 nm 激光照射下的体内抗癌活性。通过尾静脉向荷 Hela 肿瘤的裸鼠注射 PBS 或 O-T 纳米颗粒（单剂量注射）。注射 19 小时后，用 1064 nm 激光照射肿瘤区域（功率密度 1.0 W cm⁻²，单剂量照射）。在实验期间，PBS 组、PBS + 激光组和纳米颗粒组的肿瘤体积均快速增长；而纳米颗粒 + 激光组的肿瘤生长受到显著抑制，这表明 O-T 纳米颗粒在激光照射下具有最显著的抗癌活性。
总结
本研究通过分子寡聚化和供体工程策略，成功设计并合成了三种近红外二区光诊疗寡聚物（O-T、O-DT 和 O-Q），并将其制备成水溶性纳米颗粒。理论计算结果表明，供体连接体 D' 的变化会影响分子的共轭平面性和轨道分布，进而调控材料的光学和热学性质。实验结果显示，O-T 纳米颗粒在 1064 nm 处具有最高的摩尔消光系数（1.55×10⁴ M⁻¹ cm⁻¹），这使其在相同条件下表现出最强的近红外二区荧光亮度和光热转换效率（光热转换效率达 73%）。体外光热治疗实验证实，O-T 纳米颗粒在 1064 nm 激光照射下能高效杀伤肿瘤细胞，且暗毒性较低。在荷瘤小鼠模型中，O-T 纳米颗粒可通过高通透性和滞留效应在肿瘤部位有效富集，实现清晰的近红外二区荧光成像，并在激光照射下显著抑制肿瘤生长，且未引起明显的全身毒性。
参考文献
Molecular Oligomerization and Donor Engineering Strategies for Achieving Superior NIR-II Fluorescence Imaging and Thermotherapy under 1064 nm LaserIrradiation,Jiawei Liu, Yanwei Xiong, Yicong Gao, Xingpeng Xu, Kai Chen, Qingming Shen, Wei Huang, Quli Fan,* and Qi Wang*,Small 2023, 19, 2205640
https://doi.org/10.1002/smll.202205640
