唐本忠院士团队最新AFM：BOIMPY支架用于设计AIEgen，实现SWIR成像引导的光热肿瘤消融

尽管有大量关于多用途聚集诱导发光分子（AIEgens）的报道，但提高其摩尔消光系数（MEC，ε≈10³-10⁴M^-1cm^-1）仍然是一个艰巨的挑战，这对实现其输出性能的上限构成了重大障碍。

在此，香港科技大学唐本忠教授、Jacky W. Y. Lam和大连理工大学樊江莉教授等人提出了一种“增强吸收库（aggrandizing absorption reservoir）”的方法来设计具有显著光子捕获能力的AIEgens，最终在短波红外（SWIR，900-1700 nm）发射和光热效应方面提高其输出性能。作者首次利用（双-（硼二氟）-8-咪唑并二吡咯甲烷）（BOIMPY）单元，通过使用苯并咪唑作为结合两个BF₂单元的桥接配体，提供足够的刚性和强吸电子能力，制备了新型AIEgen（TPEB），其在828 nm处表现出高达1.29×10⁵ M⁻¹ cm⁻¹的超高MEC。据作者介绍，这是近红外吸收的AIEgens中目前报告的最高MEC。由于其卓越的光子捕获能力，TPEB在SWIR区域表现出强烈的荧光和良好的光热效应。所制备的TPEB-NP成功应用于SWIR成像引导的光热抗肿瘤治疗，所提出的“强化吸收库”方法为设计用于生物医学应用的多功能AIEgens提供了新的指导方针。相关工作以“BOIMPY Scaffold: Accessing Ultrahigh Molar Extinction Coefficient AIEgen for SWIR Imaging-Guided Photothermal Cancer Ablation”为题发表在Advanced Functional Materials。

【文章要点】

为了进一步提高AIEgens的MEC，本文提出了一种名为“强化吸收库”的策略，以构建在近红外区域具有卓越光收集能力的AIEgens，并提高其在SWIR发射和光热效应方面的输出性能。作为概念验证，作者首次利用BOIMPY片段作为电子受体来制备新型AIEgens，该AIEgens在近红外区域具有更大的吸收能力（MEC高达10⁵ M⁻¹ cm⁻¹）和较高的SWIR发射强度。在分子骨架中，BOIMPY片段通过使用苯并咪唑作为桥接配体结合两个BF₂单元，提供了足够的刚性和强大的吸电子能力。同时，作者分别用四苯乙烯（TPE）和三苯胺（TPA）作为电子供体/分子内旋转体，直接整合到BOIMPY核心中，以抑制分子内π-π相互作用，最终制备了TPEB和TPAB两种AIEgens（图1）。

图1 BOIMPY受体的设计和TPEB的化学结构

正如预期的那样，TPEB和TPAB在SWIR区域分别表现出高达1.29×10⁵ M⁻¹ cm⁻¹（828 nm）和1.01×10⁵ M⁻¹ cm^-1（858 nm）的超高MEC，TPEB的量子产率为5.04%，TPAB的量子产率高达0.83%。这两种AIEgens还显示出高的光稳定性和良好的光热效应。系统的理论计算研究显示了TPEB和TPAB之间光物理性质的差异，阐明了BOIMPY支架受体的优异吸收率、适度扭曲的供体-受体-供体（D-A-D）结构和增强的RIM效应协同有利于TPEB的优异光物理性质。由于TPEB具有更好的优点，制备的TPEB NP成功应用于SWIR成像引导的光热肿瘤消融（图2）。总的来说，这项工作有望提供一个概念验证和一个有前景的策略，增强吸收储层以扩大输出性能，从而设计出新型多功能SWIR AIEgens，使其能够胜任多种生物医学应用。

图2 SWIR成像引导的光热疗法

原文链接：

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adfm.202411838