【Adv. Mater.】pH 可逆响应的新型近红外 II 光声荧光染料

简介

本文通过调整硫氧桥连接剂的聚集状态，开发了一系列新型的近红外 II（NIR-II）荧光染料，展示了显著的 pH 响应行为和聚集态下显著增加的光声（PA）强度。研究系统地探讨了其聚集形成过程中 pH 可逆性行为。

摘要

聚集状态深刻影响分子光物理性质。本文通过调整硫氧桥连接剂的聚集状态，开发了一系列新型的 NIR-II 荧光染料。明星分子 HTPA 在聚集态下表现出显著的 pH 响应行为和显著增加的 PA 强度。研究还包括计算优化、飞秒瞬态吸收光谱、NMR 分析和单晶分析，进一步验证了其行为和 pH 可逆性。最终，设计了一种创新的“off”纳米颗粒，通过利用 pH 响应性聚合物实现肿瘤靶向 PA/NIR-II 双模态成像和光动力疗法。PA 信号在小鼠模型中显著增加，研究为未来 NIR-II 小分子研究和集成癌症诊断与治疗领域的重大进展铺平了道路。

研究结果与讨论

1. 分子设计与光物理探究：

开发了四种 NIR-II 荧光染料 HA 5-7 和 HTPA，通过 Knoevenagel 缩合反应合成。HA 7 表现出最小的能隙（1.98 eV），HA 6 显示最高的荧光量子产率（2.75%）和 ROS 生成效率（2.37%）。HTPA 在 NIR-II 激光照射下表现出强 PA 强度和光敏化效率（2.04%）。

2. 聚集增强的光声强度：

研究了 HTPA 在不同溶剂混合物中的吸收、荧光、光声强度和 ROS 生成的变化。随着水含量增加，聚集态 HTPA 的光声强度和光热效应显著增加。飞秒瞬态吸收光谱显示，聚集态促进了非辐射跃迁过程，增强了 HTPA 的光热和光声性能。

3. pH 可逆性能力探索：

HTPA 在与 TEA 混合后吸收和发射强度显著降低，且这种减少可被 TFA 逆转。进一步的 NMR 和 EPR 分析表明，HTPA 的光敏化性质对 pH 高度敏感，并且可通过 pH 变化可逆调节。

4. pH 响应性聚合物促进 HTPA NPs 在生理 pH 下的淬灭和激活：

通过将 HTPA 与 pH 响应性聚合物 DIPA-OMe 混合，设计了一种创新的 pH 可逆纳米颗粒。HTPA NPs 在模拟肿瘤酸性微环境的缓冲液中表现出显著恢复的荧光和 PA 信号。

5. PA/NIR-II双模态成像与肿瘤靶向：

将HTPA NPs应用于4T1异种移植肿瘤模型的小鼠中，展示了其优异的PA/NIR-II双模态成像能力。在96小时后，肿瘤区域的PA信号显著增强，SBR达到169

6. 光动力疗法的体外与体内评估：

HTPA NPs在LO2细胞中显示出极低的毒性，而在4T1细胞中在980 nm激光照射下表现出显著的ROS生成能力。小鼠模型研究表明，HTPA NPs在肿瘤区域的积累显著抑制了肿瘤生长，证明了其优异的抗肿瘤效果。

结论

本文展示了基于硫氧桥连接剂的 pH 响应性双模态成像和光动力疗法的新方法。

参考文献

Liu, Y.; Zhang, Z.; Hou, X.; Ding, Q.; Zeng, S.; Shen, H.; Gong, W.; Ding, T.; Mahmood, Z.; Zeng, X.; Ren, B.; Hu, W.; Hong, X.; Ding, D.; Xiao, Y. Aggregation‐Mediated Photoacoustic/NIR‐II and Photodynamic Properties of pH‐Reversible Thiopyrylium Agents: A Computational and Experimental Approach. Advanced Materials 2025, 2420006. https://doi.org/10.1002/adma.202420006.