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  健康是人類亙古不變的追求。隨著現(xiàn)代技術(shù)和材料的發(fā)展，用于生命、醫(yī)療領(lǐng)域的診斷及治療手段不斷更新迭代。光學(xué)診療技術(shù)的發(fā)展為染料類材料帶來了新的機(jī)遇。其中，有機(jī)染料具有結(jié)構(gòu)及光學(xué)性能可調(diào)節(jié)，生物相容性好等優(yōu)點(diǎn)。功能性有機(jī)染料在生命健康領(lǐng)域應(yīng)用愈發(fā)廣泛。近年來，有機(jī)染料在抗腫瘤領(lǐng)域取得了突飛猛進(jìn)的發(fā)展。此外，其在抗菌、心血管疾病診療、術(shù)中成像等前沿領(lǐng)域也嶄露頭角。北京化工大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院尹梅貞教授課題組應(yīng)邀撰寫綜述文章，總結(jié)了功能化有機(jī)染料在生命健康領(lǐng)域的最新研究進(jìn)展（圖1）。

圖1. 功能有機(jī)染料在生命醫(yī)學(xué)領(lǐng)域研究進(jìn)展。

1. 有機(jī)染料設(shè)計(jì)及功能化方法

  該綜述首先介紹了有機(jī)染料材料的設(shè)計(jì)方法：通過對有機(jī)染料的骨架進(jìn)行修飾可以制備具有高熒光量子產(chǎn)率，光動力及光熱性能的探針分子；通過對有機(jī)染料的外圍進(jìn)行功能化修飾可賦予其水溶性、生物相容性及靶向性。此外，外圍修飾的功能基團(tuán)對組裝體納米尺寸具有重要影響。

  代表性的有機(jī)染料包含萊啉系染料、花菁、AIE類分子和BODIPY等（圖2）。通過適當(dāng)?shù)幕瘜W(xué)修飾，能夠有效調(diào)節(jié)該類染料的光學(xué)性能，可獲得高熒光量子產(chǎn)率、良好的光動力性能或光熱性能，進(jìn)而為其生物醫(yī)學(xué)應(yīng)用打下基礎(chǔ)。

圖2.（A）代表性有機(jī)染料簡介。（B）染料熒光、光動力及光熱的可控調(diào)節(jié)。（C）功能化有機(jī)大分子染料示意圖。（D）基于有機(jī)染料的功能化材料。

2. 功能化染料在生命健康領(lǐng)域的應(yīng)用

  文章總結(jié)了功能化有機(jī)染料在生命健康領(lǐng)域相關(guān)的應(yīng)用進(jìn)展。例如，有機(jī)熒光染料在血液檢測、腫瘤標(biāo)志物檢測中應(yīng)用廣泛�；谟袡C(jī)染料的檢測試紙、芯片具有很強(qiáng)的實(shí)用性。長波長熒光發(fā)射（近紅外I-II區(qū)）的有機(jī)染料成像信噪比高，信號穿透能力強(qiáng)，在術(shù)中成像、心血管疾病診斷及腦瘤成像中優(yōu)勢明顯（圖3）。另外，利用染料的光熱特性可以制備抗感染、抗菌材料。通過進(jìn)一步化學(xué)修飾及自組裝，有機(jī)染料可以制成多功能納米藥物，應(yīng)用于腫瘤的化療、光動力及光熱治療等。

圖3.（A）HMRef-βGal的化學(xué)結(jié)構(gòu)及HMRef-βGal 的酶激活過程。（B）HMRef-βGal 用于癌癥轉(zhuǎn)移成像。CH1055-PEG用于（C）小鼠膀胱NIR-II成像（D）4 mm深度處小鼠腦腫瘤成像及（E）全身成像。

  心血管疾病是人類健康的第一大威脅，尤其是動脈粥樣硬化斑塊和血栓造成了極高的致死率。采用光學(xué)成像的方法對心血管疾病進(jìn)行成像對心血管疾病的診斷具有研究意義。本部分介紹了苝酰亞胺納米粒子用于血栓的光聲成像實(shí)現(xiàn)了血栓的早期診斷、花菁染料在栓塞易損動脈粥樣硬化斑塊的近紅外熒光成像方面的應(yīng)用實(shí)例（圖4）。

圖4. （A）cRGD-PDI納米粒子的制備。（B）結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及多肽-ICG2的熒光轉(zhuǎn)變。（C）斑塊近紅外熒光成像。

  有機(jī)染料在腫瘤成像及治療方面應(yīng)用甚廣，本部分首先介紹了有機(jī)染料在光動力治療方面的應(yīng)用（圖5）。雙親性花菁染料在聚集狀態(tài)下光動力性能大幅提高，并且其組裝體在光照刺激下能夠降解進(jìn)而造成納米粒子解聚。該過程導(dǎo)致納米粒子尺寸由90 nm變成10 nm左右，促進(jìn)了深層滲透并導(dǎo)致藥物的釋放，從而促進(jìn)了腫瘤的治療效果。酯酶響應(yīng)的苝單酰亞胺能夠在酯酶的作用下發(fā)生水解進(jìn)而導(dǎo)致分子親水性增強(qiáng)，納米粒徑大幅降低，促進(jìn)了腫瘤的深層滲透。與此同時，納米粒子的光動力性能及熒光性能得到了很大提升。該納米粒子被用于熒光成像指導(dǎo)的光動力治療。

圖5.（A）花菁染料聚集誘導(dǎo)光動力增強(qiáng)。（B）近紅外二區(qū)熒光成像引導(dǎo)的腫瘤化療研究。

  通過延長共軛或者強(qiáng)給電子基團(tuán)修飾能夠賦予萊啉系染料較強(qiáng)的光熱性能。本部分介紹并討論了有機(jī)染料在熒光成像指導(dǎo)的光熱治療研究中的應(yīng)用（圖6）。

圖6.（A）萊啉系染料的化學(xué)結(jié)構(gòu)及活體成像照片。（B）多刺激響應(yīng)的納米探針用于腫瘤的特異性成像及光熱治療。（C）苝酰亞胺納米粒子的近紅外熒光及光聲成像照片。

  最后，作者進(jìn)一步探討了有機(jī)染料在癌癥診療等生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的發(fā)展前景和現(xiàn)階段所面臨的挑戰(zhàn)。本文第一作者為北京化工大學(xué)高精尖中心博士后程文玉。通訊作者為材料學(xué)院尹梅貞教授和冀辰東博士。相關(guān)論文發(fā)表在VIEW期刊上。

  文章信息：Cheng W, Chen H, Liu C, Ji C, Ma G, Yin M. Functional organic dyes for health-related applications. VIEW. 2020, 20200055 (DOI：10.1002/VIW.20200055).

  原文鏈接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/VIW.20200055