在半导体聚合物纳米颗粒双模成像构筑策略上取得进展

  • 日期:10-01
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半导体聚合物纳米颗粒(SPN)具有优异的性质,例如荧光,光和热,并且在结构上是稳定的。近年来,它们已广泛用于荧光成像,光声成像和肿瘤光热疗法等研究领域。由于能量守恒和辐射跃迁路径的竞争,SPN难以同时获得强荧光和强光热敏性能。由于π-π堆积等因素,SPN主要表现出明显的光热特性,荧光强度较弱。目前实施SPN荧光功能的主要方法是掺杂荧光染料。常规荧光染料具有强聚集猝灭效应,并且难以增加纳米颗粒中的有效掺杂量(小于10%),因此SPN的荧光性质受到限制。实现SPN增强的荧光特性对于具有荧光光声双模成像能力的纳米诊断平台的设计具有重要意义。另外,半导体聚合物具有大的分子量,并且其共轭结构的化学性质相对稳定,并且难以在生理环境中降解。目前,研究设计了特异性共轭结构,以实现巨噬细胞中SPN的降解,但降解条件仍然非常苛刻,降解周期长。纳米材料在生物体内的富集和沉积具有潜在的安全隐患,SPN在体内的快速降解对其临床应用具有重要价值。

鉴于SPN中常规荧光染料的强聚集猝灭问题,王卓教授的研究小组通过巧妙的设计将聚集诱导发光分子引入SPN,成功实现了复合纳米粒子的荧光增强,并保留了半导体聚合。物体的光热光声能力。该团队首先调节了基于吡咯并吡咯二酮(DPP)的半导体聚合物的侧链长度,使其更适合于制备具有小粒径的均匀纳米颗粒。其次,该团队设计了一种聚合诱导发光分子,其具有轴对称结构的四苯乙烯骨架。发现与TPM的不对称结构相比,对称结构的聚集诱导发光分子TPBM具有红移聚集荧光(600nm)和增强的单线态氧产生能力。

图1.分子结构设计和纳米结构复合策略示意图

该团队通过调节半导体聚合物与TPBM的比例成功地增强了复合纳米颗粒的荧光性质。复合纳米粒子的荧光量子产率也随着TPBM的增加而增加(高达46%)。在光热加热实验中,复合纳米颗粒STNP-5(TPBM质量分数:67%)表现出优异的热稳定性,其光热加热性能(光热转化率:22%)与复合前相比没有。明显贬低了。

图2.荷瘤小鼠的荧光 - 光声双模成像

在荷瘤小鼠的肿瘤成像实验中,通过尾静脉将STNP-5注射到实验小鼠中。在注射后的连续观察中,可以看出,在荧光成像和光声成像模式中,在肿瘤部位产生清晰的成像信号。比较两种成像结果,可以发现荧光成像具有更高的灵敏度和信噪比(S/N:8.7),而光声成像可以在5.8 mm的深度实现组织成像,并且可以获得多角度通过断层扫描。三维成像图片。由复合纳米颗粒提供的两种成像模式的互补优势增强了肿瘤的高灵敏度,多角度深度成像的能力。

图3. a。 TPBM纳米粒子和STNP-5复合纳米粒子的单线态氧生成速率,b。 STNP-5的光降解UV吸收光谱,c。不同组分的光降解率,d。氧气环境对光降解的影响,例如:降解产物的GPC分析,f。降解产物的红外光谱分析。

复合结构中的TPBM最初具有很强的单线态氧生成能力,但复合纳米粒子在白光照射下不释放大量的单线态氧。已经发现,复合结构中产生的单线态氧直接被半导体聚合物捕获,引起半导体聚合物的光氧化降解。对降解产物的进一步表征表明,光氧化降解过程可破坏半导体聚合物的共轭结构,同时将聚合物结构裂解成小分子片段。同时,复合纳米颗粒STNP-5具有显着的光热特性,从而在荷瘤小鼠中实现肿瘤光热治疗。实验结果表明,STNP-5由于其小的粒径而通过EPR效应富集在肿瘤中。在用0.8W cm-2 808nm激光照射后,治疗组中的肿瘤显示出明显的坏死。在连续14天观察期间肿瘤体积没有增加,表明STNP-5的光热处理成功地抑制了肿瘤生长。

这项工作将诱导的发光分子整合到半导体聚合物纳米粒子中,克服了半导体聚合物纳米粒子的弱荧光缺陷,实现了复合纳米粒子的荧光 - 光声双模成像特性,并利用了聚集诱导的强单线发光分子。氧的状态实现了半导体聚合物的光氧化降解的功能,为半导体聚合物纳米颗粒的降解提供了新的思路。该工作发表在Advanced Functional Materials上,标题为“具有AIEgen触发的增强光致发光和光降解用于双模态肿瘤成像和治疗的半导体纳米复合材料”(DOI: 10.1002/adfm.)。第一作者是北京化工大学文理学硕士。第一作者是中国科学院化学研究所副研究员刘子彤。来文作者是北京化工大学王卓教授。

文献链接:

资料来源:Polymer Technology

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半导体聚合物纳米颗粒(SPN)具有优异的性质,例如荧光,光和热,并且在结构上是稳定的。近年来,它们已广泛用于荧光成像,光声成像和肿瘤光热疗法等研究领域。由于能量守恒和辐射跃迁路径的竞争,SPN难以同时获得强荧光和强光热敏性能。由于π-π堆积等因素,SPN主要表现出明显的光热特性,荧光强度较弱。目前实施SPN荧光功能的主要方法是掺杂荧光染料。常规荧光染料具有强聚集猝灭效应,并且难以增加纳米颗粒中的有效掺杂量(小于10%),因此SPN的荧光性质受到限制。实现SPN增强的荧光特性对于具有荧光光声双模成像能力的纳米诊断平台的设计具有重要意义。另外,半导体聚合物具有大的分子量,并且其共轭结构的化学性质相对稳定,并且难以在生理环境中降解。目前,研究设计了特异性共轭结构,以实现巨噬细胞中SPN的降解,但降解条件仍然非常苛刻,降解周期长。纳米材料在生物体内的富集和沉积具有潜在的安全隐患,SPN在体内的快速降解对其临床应用具有重要价值。

鉴于SPN中常规荧光染料的强聚集猝灭问题,王卓教授的研究小组通过巧妙的设计将聚集诱导发光分子引入SPN,成功实现了复合纳米粒子的荧光增强,并保留了半导体聚合。物体的光热光声能力。该团队首先调节了基于吡咯并吡咯二酮(DPP)的半导体聚合物的侧链长度,使其更适合于制备具有小粒径的均匀纳米颗粒。其次,该团队设计了一种聚合诱导发光分子,其具有轴对称结构的四苯乙烯骨架。发现与TPM的不对称结构相比,对称结构的聚集诱导发光分子TPBM具有红移聚集荧光(600nm)和增强的单线态氧产生能力。

图1.分子结构设计和纳米结构复合策略示意图

通过调整半导体聚合物与TPBM的比例,该团队成功地提高了复合纳米粒子的荧光性能,复合纳米粒子的荧光量子产率随着TPBM的增加而逐渐增加(高达46%)。在光热加热实验中,复合纳米粒子STNP-5(TPBM质量分数:67%)表现出优异的热稳定性,并且它们的光热加热性能(光热转换率:22%)与那些相比没有显着降低。在复合之前。

图2.荷瘤小鼠肿瘤的荧光 - 光声双模成像

在肿瘤成像实验中通过尾静脉将STNP-5注射到小鼠中。在注射后连续观察期间,在荧光成像和光声成像模式中均观察到清晰的成像信号。与两个成像结果相比,荧光成像具有更高的灵敏度和信噪比(S/N:8.7),而光声成像可以实现5.8 mm深度的组织成像,并且可以获得多角度3-D成像图像通过断层扫描。复合纳米粒子提供的两种成像模式相互补充,增强了肿瘤的高灵敏度和多角度深度成像能力。

图3. TPBM纳米粒子和STNP-5复合纳米粒子的单线态氧生成速率,B. STNP-5的光降解紫外吸收光谱,不同组分的光降解速率,溶液氧环境对光降解的影响,降解产物的GPC分析和红外光谱降解产物的分析。

复合结构中的TPBM最初具有很强的单线态氧生成能力,但复合纳米粒子在白光照射下不释放大量的单线态氧。已经发现,复合结构中产生的单线态氧直接被半导体聚合物捕获,引起半导体聚合物的光氧化降解。对降解产物的进一步表征表明,光氧化降解过程可破坏半导体聚合物的共轭结构,同时将聚合物结构裂解成小分子片段。同时,复合纳米颗粒STNP-5具有显着的光热特性,从而在荷瘤小鼠中实现肿瘤光热治疗。实验结果表明,STNP-5由于其小的粒径而通过EPR效应富集在肿瘤中。在用0.8W cm-2 808nm激光照射后,治疗组中的肿瘤显示出明显的坏死。在连续14天观察期间肿瘤体积没有增加,表明STNP-5的光热处理成功地抑制了肿瘤生长。

这项工作将诱导的发光分子整合到半导体聚合物纳米粒子中,克服了半导体聚合物纳米粒子的弱荧光缺陷,实现了复合纳米粒子的荧光 - 光声双模成像特性,并利用了聚集诱导的强单线发光分子。氧的状态实现了半导体聚合物的光氧化降解的功能,为半导体聚合物纳米颗粒的降解提供了新的思路。该工作发表在Advanced Functional Materials上,标题为“具有AIEgen触发的增强光致发光和光降解用于双模态肿瘤成像和治疗的半导体纳米复合材料”(DOI: 10.1002/adfm.)。第一作者是北京化工大学文理学硕士。第一作者是中国科学院化学研究所副研究员刘子彤。来文作者是北京化工大学王卓教授。

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