近紅外二區（NIR-II）有機光診療試劑在活體組織中具有較低的組織吸收、散射和自發熒光干擾，可以大大提升熒光成像的組織穿透深度和分辨率，在生物醫學中具有廣闊的應用前景。在已報道的NIR-II有機光診療試劑中，常用的分子設計策略是基于擴大π共軛長度或增強D-A作用來實現，但這類分子通常具有較差的水溶性，利用基質封裝技術形成聚集體納米粒子（NPs）是增強其生物相容性和水溶性的普遍策略。然而，在封裝過程中有效調控分子堆積方式構建NIR-II有機光診療試劑的設計策略未見文獻報道，如能順利實現則為NIR-II有機光診療試劑的構建提供了更為便捷和有效的方法。
近日，香港中文大學（深圳）唐本忠院士、內蒙古大學王建國教授團隊在Angewandte Chemie International Edition (Angew. Chem. Int. Ed. 2022, e202212673)上發表題為“A Facile Structural Isomerization-Induced 3D Spatial D-A Interlocked Network for Achieving NIR-II Phototheranostic Agents”的研究論文。作者通過深入研究分子結構與分子堆積方式之間的關系，首次提出了一種結構異構化誘導三維空間D-A互鎖網絡策略（圖1），在納米封裝過程中調控分子堆積方式，設計了一種具有優異的光熱穩定性、高光熱轉換效率和活性氧生成能力的NIR-II有機光診療試劑。
圖1 近紅外二區有機光診療試劑的分子設計策略
圖3 光熱性能測試
理論計算和單晶結構表明（圖4和圖5），由于6MNVDPP具有較大的表面靜電勢差，在6MNVDPP的晶體中，同層相鄰分子通過萘環氫原子和DPP羰基之間的氫鍵形成雙重分子間D-A相互作用；層間相鄰分子通過強π-π相互作用同樣形成雙重分子間D-A相互作用。在三維D-A相互作用的驅動下，6MNVDPP形成了緊密的三維空間D-A互鎖網絡堆積。而在4MNVDDP的晶體中，無論層內還是層間均只存在單重D-D相互作用，分子堆積形成了二維D-D型J聚集。因此，6MNVDPP NPs表現出了更長的吸收波長、更大的摩爾消光系數以及更強的光熱轉換效率。鑒于6MNVDPP NPs優異的光物理性能，作者將6MNVDPP NPs經尾靜脈注射到荷瘤小鼠體內，利用實體瘤的高通透性和滯留效應（EPR效應），對腫瘤組織實現了NIR-II熒光成像引導的光動力/光熱協同治療（圖6）。
圖4 理論計算結果
圖5 單晶結構分析
圖6 荷瘤小鼠腫瘤治療結果
綜上，這種由結構異構化誘導三維空間D-A互鎖網絡策略為NIR-II有機光診療試劑的設計、開發提供了一種新的思路，在抗癌研究中具有潛在的生物醫學應用價值。
論文信息
A Facile Structural Isomerization-Induced 3D Spatial D-A Interlocked Network for Achieving NIR-II Phototheranostic Agents
Lina Feng, Chunbin Li, Lingxiu Liu, Xin Chen,Guoyu Jiang,* Jianguo Wang,* and Ben Zhong Tang*
論文鏈接：https://doi.org/10.1002/anie.202212673
