分子內(nèi)和分子間同時熒光猝滅增強染料光熱性能
2019年11月20日，國際著名學術(shù)期刊《先進功能材料》在線發(fā)表了中國科學技術(shù)大學化學與材料科學學院梁高林教授課題組、江俊教授課題組、張群教授課題組，以及安徽師范大學化學與材料科學院王廣鳳教授課題組的合作研究成果，文章標題為《Increasing Photothermal Efficacy by Simultaneous Intra- and IntermolecularFluorescence Quenching》。該文章報導了一種有機小分子染料在細胞內(nèi)同時發(fā)生分子內(nèi)和分子間熒光猝滅的“智能”策略，在增強活體腫瘤的光熱治療效果方面取得了重要進展（Adv. Funct. Mater., 2019, DOI: 10.1002/adfm.201908073 ）。
光熱療法（PTT）由于其非侵入性、時空控制精確、特異性強、腫瘤破壞效率高等優(yōu)點，已成為腫瘤治療領(lǐng)域的研究熱點，有望用于臨床上多種癌癥的治療。高效率光熱試劑（PTA）的設(shè)計與合成是癌癥光熱治療成功的關(guān)鍵。近年來，采用原位自組裝誘導PTA的熒光猝滅（即分子間熒光猝滅）提高其光熱效率已被證明是增強腫瘤PTT的有效策略。但迄今為止，利用PTA同時發(fā)生分子內(nèi)和分子間熒光猝滅來增加其光熱效能的研究尚未見報道。梁高林教授基于本課題組特色的CBT-Cys點擊縮合反應，合理設(shè)計并合成了有機小分子染料Biotin-Cystamine-Cys-Lys(Cypate)-CBT(1)。1可特異性識別生物素受體高表達的癌細胞，當1被癌細胞攝取后，其會被細胞內(nèi)大量存在的GSH還原，隨后發(fā)生CBT-Cys點擊縮合反應形成二聚體。由于距離的拉近，二聚體中的兩個染料分子會發(fā)生熒光共振能量轉(zhuǎn)移（FRET）使其熒光發(fā)生猝滅 （分子內(nèi)熒光猝滅）。隨后，二聚體將原位自組裝形成納米粒子，染料分子之間會發(fā)生分子間電荷轉(zhuǎn)移，從而熒光猝滅進一步增強。在激光照射下，這種分子內(nèi)和分子間的熒光猝滅可增強染料的非輻射激發(fā)過程，從而增加了染料的熱轉(zhuǎn)化效率，增加其對癌細胞和腫瘤的光熱治療效果（見下圖）。在與江俊教授、張群教授以及王廣鳳教授合作下，理論計算和實驗都成功驗證了這一“智能”策略。染料分子的產(chǎn)熱能力、光熱轉(zhuǎn)化效率、以及光穩(wěn)定性明顯優(yōu)于單一的染料分子間（或分子內(nèi)）的熒光猝滅策略。利用這一“智能”策略，他們成功實現(xiàn)了對活體腫瘤的光熱治療效果的大大增強。該策略為增強小分子光熱轉(zhuǎn)換效率提供了一種可行且可靠的手段，也為它們的臨床轉(zhuǎn)化提供了保障。更重要的是，通過用其他靶向配體取代1中的Biotin，這種“智能”策略有望用于其它疾病的光熱治療。
該論文的第一作者為中國科學技術(shù)大學化學與材料科學學院博士生杜蔚。王廣鳳教授、江俊教授和梁高林教授為共同通訊作者。
該項目研究得到國家重點研發(fā)計劃、國家杰出青年科學基金以及創(chuàng)新研究群體項目的資助。
附文章鏈接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/adfm.201908073
（化學與材料科學學院、科研部）
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