北京化工大学尹梅贞教授课题组综述：功能化有机染料在生命健康领域的最新研究进展
健康是人类亘古不变的追求。随着现代技术和材料的发展，用于生命、医疗领域的诊断及治疗手段不断更新迭代。光学诊疗技术的发展为染料类材料带来了新的机遇。其中，有机染料具有结构及光学性能可调节，生物相容性好等优点。功能性有机染料在生命健康领域应用愈发广泛。近年来，有机染料在抗肿瘤领域取得了突飞猛进的发展。此外，其在抗菌、心血管疾病诊疗、术中成像等前沿领域也崭露头角。北京化工大学材料科学与工程学院尹梅贞教授课题组应邀撰写综述文章，总结了功能化有机染料在生命健康领域的最新研究进展（图1）。
图1. 功能有机染料在生命医学领域研究进展。
1. 有机染料设计及功能化方法
该综述首先介绍了有机染料材料的设计方法：通过对有机染料的骨架进行修饰可以制备具有高荧光量子产率，光动力及光热性能的探针分子；通过对有机染料的外围进行功能化修饰可赋予其水溶性、生物相容性及靶向性。此外，外围修饰的功能基团对组装体纳米尺寸具有重要影响。
代表性的有机染料包含莱啉系染料、花菁、AIE类分子和BODIPY等（图2）。通过适当的化学修饰，能够有效调节该类染料的光学性能，可获得高荧光量子产率、良好的光动力性能或光热性能，进而为其生物医学应用打下基础。
图2.（A）代表性有机染料简介。（B）染料荧光、光动力及光热的可控调节。（C）功能化有机大分子染料示意图。（D）基于有机染料的功能化材料。
2. 功能化染料在生命健康领域的应用
文章总结了功能化有机染料在生命健康领域相关的应用进展。例如，有机荧光染料在血液检测、肿瘤标志物检测中应用广泛。基于有机染料的检测试纸、芯片具有很强的实用性。长波长荧光发射（近红外I-II区）的有机染料成像信噪比高，信号穿透能力强，在术中成像、心血管疾病诊断及脑瘤成像中优势明显（图3）。另外，利用染料的光热特性可以制备抗感染、抗菌材料。通过进一步化学修饰及自组装，有机染料可以制成多功能纳米药物，应用于肿瘤的化疗、光动力及光热治疗等。
图3.（A）HMRef-βGal的化学结构及HMRef-βGal 的酶激活过程。（B）HMRef-βGal 用于癌症转移成像。CH1055-PEG用于（C）小鼠膀胱NIR-II成像（D）4 mm深度处小鼠脑肿瘤成像及（E）全身成像。
心血管疾病是人类健康的第一大威胁，尤其是动脉粥样硬化斑块和血栓造成了极高的致死率。采用光学成像的方法对心血管疾病进行成像对心血管疾病的诊断具有研究意义。本部分介绍了苝酰亚胺纳米粒子用于血栓的光声成像实现了血栓的早期诊断、花菁染料在栓塞易损动脉粥样硬化斑块的近红外荧光成像方面的应用实例（图4）。
图4. （A）cRGD-PDI纳米粒子的制备。（B）结构设计及多肽-ICG2的荧光转变。（C）斑块近红外荧光成像。
有机染料在肿瘤成像及治疗方面应用甚广，本部分首先介绍了有机染料在光动力治疗方面的应用（图5）。双亲性花菁染料在聚集状态下光动力性能大幅提高，并且其组装体在光照刺激下能够降解进而造成纳米粒子解聚。该过程导致纳米粒子尺寸由90 nm变成10 nm左右，促进了深层渗透并导致药物的释放，从而促进了肿瘤的治疗效果。酯酶响应的苝单酰亚胺能够在酯酶的作用下发生水解进而导致分子亲水性增强，纳米粒径大幅降低，促进了肿瘤的深层渗透。与此同时，纳米粒子的光动力性能及荧光性能得到了很大提升。该纳米粒子被用于荧光成像指导的光动力治疗。
图5.（A）花菁染料聚集诱导光动力增强。（B）近红外二区荧光成像引导的肿瘤化疗研究。
通过延长共轭或者强给电子基团修饰能够赋予莱啉系染料较强的光热性能。本部分介绍并讨论了有机染料在荧光成像指导的光热治疗研究中的应用（图6）。
图6.（A）莱啉系染料的化学结构及活体成像照片。（B）多刺激响应的纳米探针用于肿瘤的特异性成像及光热治疗。（C）苝酰亚胺纳米粒子的近红外荧光及光声成像照片。
最后，作者进一步探讨了有机染料在癌症诊疗等生物医学领域的发展前景和现阶段所面临的挑战。本文第一作者为北京化工大学高精尖中心博士后程文玉。通讯作者为材料学院尹梅贞教授和冀辰东博士。相关论文发表在VIEW期刊上。
文章信息：Cheng W, Chen H, Liu C, Ji C, Ma G, Yin M. Functional organic dyes for health-related applications. VIEW. 2020, 20200055 (DOI：10.1002/VIW.20200055).
原文链接：
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/VIW.20200055
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