用二噻吩吡咯供體的熒光團進行NIR-II熒光/光聲雙模型成像和光熱治療

本文要點：在超過1300 nm的NIR-II窗口中的熒光成像顯示出比更短波長窗口更高的成像深度、分辨率和信噪比。然而，具有這種長波長發(fā)射的熒光團的設(shè)計和合成仍然非常具有挑戰(zhàn)性。本文以二噻吩并吡咯(DTP)為供體，6，7-二苯基- [1，2，5]噻二唑并[3，4-g]喹喔啉(DPTQ)為受體，合成了一種新型的近紅外熒光團DTP-DPTQ。DTP的強給電子能力使得DTP-DPTQ成為具有DPTQ受體的最長發(fā)射熒光團之一。在用F127進行親水化包封后，所形成的DTP-DPTQ納米顆粒(NPs)在水性介質(zhì)中的發(fā)射集中在1120 nm處，其中一部分超過1300 nm。通過使用DTP-DPTQ NPs作為造影劑，通過使用1300 nm長通濾光器的活體成像，可以清楚地看到86.9μm寬的血管。此外，我們還驗證了DTP- DPTQ納米粒子在腫瘤的光聲成像和光熱治療中的良好性能，表明DTP-DPTQ納米粒子在腫瘤的精確雙模式診斷和有效治療中是一個很好的候選者。

 

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在這項工作中，研究人員使用DPTQ作為受體，二噻吩吡咯（DTP）作為供體，通過Suzuki偶聯(lián)反應(yīng)將供體和受體共軛在一起，合成了一種新型的DAD型近紅外II類熒光物質(zhì)DTP-DPTQ。DTP-DPTQ的合成過程相對簡單，且不涉及有毒的有機錫試劑。DTP強大的電子供體能力使得DTP-DPTQ成為以DPTQ為受體的發(fā)射波長最長的熒光物質(zhì)之一。在F127的包封下實現(xiàn)親水化后，DTP-DPTQ NPs在水介質(zhì)中的發(fā)射波長中心為1120nm，部分超過1300nm，與DPBTA-DPTQ NPs（1125nm）相當(dāng)。通過使用DTP-DPTQ NPs作為對比劑，我們實現(xiàn)了高分辨率的近紅外II類熒光成像。此外，我們還驗證了DTP-DPTQ NPs在腫瘤的光聲成像（PA）和光熱療法（PTT）中的良好性能，表明DTP-DPTQ NPs在腫瘤的診斷和治療方面具有良好的前景（見圖1）。

 

圖1. DTP-DPTQ的化學(xué)結(jié)構(gòu)、親水化處理以及近紅外II類熒光/光聲雙模成像和光熱療法的示意圖

 

為了實現(xiàn)熒光發(fā)射波長超過1300nm的近紅外II區(qū)范圍，我們選擇了強供體DTP和受體DPTQ，通過Suzuki偶聯(lián)反應(yīng)構(gòu)建了DAD型熒光物質(zhì)。合成路線如圖2a所示。

DTP-DPTQ的吸收和發(fā)射光譜在不同溶劑中進行了測量。在甲苯中，其最大吸收波長和發(fā)射波長分別為890nm和1050nm（圖2d），隨著溶劑極性的增加，DTP-DPTQ的發(fā)射峰向紅移，這歸因于其ICT特性。

圖2. DTP-DPTQ的合成、理論模擬和實驗光學(xué)性質(zhì)

 

為了驗證DTP-DPTQ在生物成像中的應(yīng)用潛力，我們將其包埋在兩性分散劑Pluronic F127中，形成水分散性的DTP-DPTQ NPs（圖3a）。透射電子顯微鏡（TEM）觀察到，DTP-DPTQ NPs呈現(xiàn)球形，平均直徑約為50納米（圖3b）。動態(tài)光散射（DLS）測得它們的平均水動力學(xué)直徑約為65nm（圖3c）。在水中，DTP-DPTQ NPs在628-1100nm的吸收帶中心波長為852nm，在900-1550nm的發(fā)射帶中心波長為1120nm（圖3d）。

 

圖3. DTP-DPTQ NPs的制備、表征及性質(zhì)

 

圖4a-d比較了在1000 LP和1300 LP下對小鼠后肢血管進行成像。與1000 LP相比，使用1300 LP可以明顯提高信噪比，1300 LP下的信噪比可以達到1000 LP下的大約1.72倍（圖4d）。此外，在1300 LP光學(xué)濾波器下，可以清晰地看到寬約86.9μm的血管通過腹部成像（圖4e和f）。

 

圖4. DTP-DPTQ納米粒子（0.2mL，2mg/mL）處理后的活體小鼠的后肢和腹部血管的NIR-II熒光成像

 

在0.2mg/mL的濃度下，PBS中，在0.33瓦/平方厘米的功率密度下，6分鐘的照射后溫度超過65攝氏度（圖5a）。此外，在六次加熱/冷卻循環(huán)后，DTP-DPTQ納米粒子的光熱性質(zhì)沒有顯著變化，表明其具有良好的光熱穩(wěn)定性（圖5b）。在808納米激光照射下，DTP-DPTQ納米粒子在PBS中的光熱轉(zhuǎn)換效率（PCE）測得為51.55%（圖5c和d）。

 

圖5. 體外光熱性能

 

總結(jié)起來，我們成功合成了一種新型的近紅外-II（NIR-II）熒光物質(zhì)DTP-DPTQ，利用DTP作為給體，DPTQ作為受體。DTP的強電子給體能力使得DTP-DPTQ成為具有DPTQ受體中最長發(fā)射波長的熒光物質(zhì)之一。在甲苯中，其最大發(fā)射波長約為1050納米。經(jīng)過F127包封以實現(xiàn)親水性后，形成的DTP-DPTQ納米顆粒在水介質(zhì)中呈現(xiàn)出900至1550納米范圍內(nèi)的發(fā)射，主峰波長為1120納米，部分超過1300納米。利用DTP-DPTQ納米顆粒作為對比劑，我們實現(xiàn)了高分辨率的近紅外-II熒光成像。此外，我們還驗證了DTP-DPTQ納米顆粒在腫瘤光聲成像（PA）和光熱療法（PTT）方面的優(yōu)異性能，表明DTP-DPTQ納米顆粒在腫瘤的診斷和治療方面具有很大的潛力。

 

參考文獻

Xiao, P.; Sun, Y.; Liang, M.; Yang, S.; Li, J.; Zhang, L. e.; Jiang, X.; Wu, W., A fluorophore with dithienopyrrole donor for beyond 1300 nm NIR-II fluorescence/photoacoustic dual-model imaging and photothermal therapy. Materials Today Nano 2023, 24.

 

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