南工黄维院士、刘杰教授团队《ACS Nano》：新型共轭聚合物纳米颗粒用于近红外II荧光成像及安全激光功率密度条件下肿瘤光热治疗

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近红外II区荧光成像（NIR-II，1000-1700nm）具有成像穿透深度深、高空间分辨率、高信噪比等优点，在生物成像领域被广泛关注，是近年来研究热点之一。NIR-II荧光材料主要有纳米碳管、量子点、稀土、有机荧光材料等。其中，有机NIR-II荧光材料因其优异的生物相容性性，在生物医学领域尤受关注。此外，此类材料的吸收通常可延伸至近红外区，因而还可作为光热治疗试剂。然而，目前报道的有机NIR-II探针通常存在以下两方面的问题：i）有效NIR-II亮度（发射波长大于1000 nm的光子）较低。ii）实施光热治疗时所需的激光功率密度远高于最大允许曝光量（MPE）。因此，开发新的具备更高有效NIR-II亮度和可在安全激光能量密度条件下（低于或等于MPE）实施光热治疗的NIR-II荧光探针仍是目前亟待解决的问题。

针对以上问题，南京工业大学黄维院士、刘杰教授团队联合浙江大学钱骏教授团队、浙江工业大学胡青莲教授团队、中国科学院药物所陈浩研究员团队开发了一种新型的共轭聚合物纳米探针作为诊疗试剂（L1057 NPs，图1）。由于较高的NIR-II亮度，L1057 NPs在较低的激光功率密度下（25 mW/cm²）即可实现NIR-II荧光成像；同时，L1057 NPs在980 nm处较高的MPE和优异的光热转换效率，使其可在更为安全的激光功率密度条件下（720 mW/cm²）进行肿瘤光热治疗。这一成果近期发表在《ACS Nano》上。

图1. L1057 NPs用于近红外II区成像及肿瘤光热治疗示意图及其光学性质表征

与文献中常采用强缺电子单元（如苯并双噻二唑，BBTD）为受体来设计NIR-II荧光材料的策略不同，该工作利用共轭聚合物共轭长度长的优势，只采用缺电子能力较弱的单元作为受体即可实现吸收和发射的红移。L1057 NPs在980 nm处的消光系数为18 L/(g cm)，高于文献中的报道（2-10 L/(g cm)）；同时，其绝大部分发射光谱均在近红外II内（发射峰值为1057 nm），且在NIR-II范围内具备较高的量子产率（1.25%）。需要指出的是，有效NIR-II亮度由激发波长的消光系数、荧光量子产率、以及NIR-II范围内发射光谱占全谱的比例这三者的乘积所决定。通过对比表明，L057 NPs的有效NIR-II亮度远高于文献中所报道的绝大多数有机NIR-II探针。随后，作者分别通过NIR-II宏观成像和显微成像的方式验证其NIR-II荧光成像性能验证其活体成像能力。在小鼠全身血管成像中，能够清晰显示直径约200微米的血管。在脑血管显微成像中，即便是1.9微米的脑血管也能够被清晰显示，具备较高的信噪比（图2）。对开颅鼠进行脑血管层析，在980 nm激发下最深能探测至900微米。在移植瘤模型小鼠上，通过尾静脉注射，L1057 NPs可以高效聚集在肿瘤位置，对肿瘤进行良好示踪（图3）。

图2. L1057 NPs在全身血管（宏观成像）及脑血管（显微成像）NIR-II荧光成像中的应用。

图3. L1057 NPs在肿瘤成像中的应用。

根据美国激光安全使用国家标准，808 nm激光的MPE为0.33 W/cm²，而980 nm激光的MPE则为0.72 W/cm²。目前绝大多数有机NIR-II荧光探针进行光热治疗，均是利用808nm激光，再加上消光系数较低，导致所需激光功率密度远高于MPE，致使临床应用前景受限。该研究合成的新型L1057 NP不但具有较高的消光系数和光热转换效率（38%），还巧妙利用980 nm波长作为光热治疗激发光，展示出了比808 nm激光更为优异且安全的治疗效果（图4）。

图4. L1057 NPs在安全激光功率密度条件下的光热治疗。

以上成果以题目“Semiconducting Polymer Nanoparticles as Theranostic System for Near-Infrared-II Fluorescence Imaging and Photothermal Therapy under Safe Laser Fluence”发表在ACS Nano杂志上。论文第一作者为南京工业大学硕士研究生杨燕青，共同第一作者为浙江大学医学院附属邵逸夫医院樊潇霄博士和浙江工业大学硕士研究生李玲。通讯作者为南京工业大学刘杰教授，共同通讯作者为浙江大学钱骏教授、浙江工业大学胡青莲教授以及中国科学院上海药物研究所陈浩研究员。

论文连接：

https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsnano.0c00043

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