本文要点：荧光超分子笼因其在分子传感、发光材料和生物系统中的广泛应用而引起了重大的科学兴趣。然而，构建具有可调发射行为的这种组装体，以实现高性能的生物成像应用仍然具有挑战性。本文中，作者开发了一种通用且简单的方案，通过使用“供体-受体-供体（D-A-D）”加合物作为构建块，来制定具有聚集诱导发光（AIE）倾向的超分子笼。成功制备了一系列可调荧光从红色到第二近红外（NIR-II）区域的盒状笼MA-MG。值得注意的是，MG的发射峰位于981 nm处，表现出迄今为止罕见的NIR-II发射超分子笼的特性，而笼载纳米颗粒MGNPs在NIR-II区域具有高绝对量子产率，使其在血管成像中表现良好。

传统的AIE性质的超分子笼大多以四苯乙烯（TPE）衍生物为构建模块，发射波长主要位于蓝光或黄光区域（400-600 nm），组织穿透深度低，在活体生物应用方面受到极大的限制；并且传统的AIE超分子笼仍然缺乏一种通用而简单的策略来微调节AIE笼的发射波长。

本文中开发了一种新的方案（Scheme 1），通过使用“供体−受体−供体（D-A-D）”加合物制备箱型结构的AIE超分子笼MA-MG。利用电子给体-受体（D-A）相互作用的高强度和可调节性，对配体A-G的电子受体进行微调，实现了荧光波长从可见红光到近红外二区（Near-infrared-II, NIR-II）的调节，其中MG的最大发射波长达到981nm。并且超分子笼负载的纳米颗粒MGNP在NIR-II区域具有高达1.3%绝对量子产率，在血管成像中表现良好。

方案1.（a）由前体A-G、TPTC和Pt(PEt3)2(OTf)2的自组装构建笼状物MA-MG的示意图。（b）由MG制备笼状物负载的MGNP及其在活体小鼠血管成像中的应用。

作者以三苯胺−受体−三苯胺骨架作为构建模块，三苯胺部分用四个吡啶修饰形成四臂配体，用作电子供体和分子转子，保证了其AIE性质。配体A-G通过Suzuki/Still偶联反应合成，通过提高受体的吸电子能力，A-G表现出逐渐红移的吸收和荧光。然后利用四吡啶配体A-G、四羧酸配体TPTC和90°Pt受体的配位驱动自组装制备了超分子笼MA-MG。

随后作者进行了多核¹H和³¹P NMR分析、电喷雾电离飞行时间质谱（ESI-TOF-MS）和X射线衍射来表征这些笼。如Figure 1a-b所示，笼状物MA-MG的¹H 和³¹P NMR光谱结果均符合离散超分子笼的形成。在ESI-TOF-MS光谱中，可观察到与具有不同电荷态（6⁺、5⁺和4⁺）的物种相对应的主要峰组，每个峰的同位素分辨率与模拟模式一致（Figure 1c）。X射线衍射结果表明ME采用四方棱柱构象，类似倾斜的盒形（Figure 1d）。以上的综合结果有力地证明了离散多组分超分子笼的成功构建。

Figure 1.（a）CD₃CN中笼状MA-MG的部分¹H NMR光谱（400 MHz，298 K）。（b）CD₃CN中笼状物MA-MG的³¹P NMR谱（162MHz，298K）。（c）ME的ESI-TOF-MS光谱。（d）笼ME的顶视图（左）和前视图（右）的晶体结构。为清楚起见，省略了抗衡离子和溶剂分子。

接着作者进行了配体和笼的光物理性质研究。发现与配体A-G相比，MA-MG的吸收峰表现出轻微的蓝移（约5-20 nm），发射最大波长则与A-G几乎相同（Figure 2a-b）。其中MG的发射最高波长集中在981nm，相对量子产率（QY）为2.6%（IR26作为参考，QY=0.5%），是迄今为止罕见的具有NIR-II发射的超分子笼。尽管不同笼的PL强度比各异，但随着二甲基亚砜/甲苯混合物中甲苯含量在一定范围内的增加，可观察到所有分子笼的荧光强度均显著增强，显示出显著的AIE特性（Figure 2c-d）。

Figure 2.（a）笼MA-MG的归一化吸收光谱及在室内灯光下拍摄的照片。（b）笼MA-MG的归一化发射光谱。（c）MG在含有不同的甲苯含量（ƒ_T）的二甲基亚砜/甲苯混合物中的发射光谱。（d）不同ƒ_T条件下笼型MA-MG的PL强度变化（I/I₀）。

笼状物MA-MG表现出的可调节荧光和显著的AIE性质激励了作者继续研究它们在生物成像中的应用。作者选择了在三个不同区域（红色、NIR-I和NIR-II区域）具有发射最大值的笼MA、ME和MG，为了使疏水笼在水溶液中具有良好的分散性和稳定性，使用两亲性聚合物mPEG-PLGA结合笼形成纳米颗粒（NP）。

如Figure3a所示，MANP、MENP和MGNP显示出单峰峰分布，通过动态光散射（DLS）确定的平均流体动力学直径分别为55、80和50nm，透射电子显微镜（TEM）图像结果也与DLS结果相当。MANP、MENP和MGNP的吸收分别显示出轻微红移（Figure 3b）；而发射波长与CH₃CN溶液中的对应物相比蓝移（Figure 3c）。MGNP的相对QY为6.6%，绝对QY为1.3%，具有优异的光稳定性（Figure 3d-f），这表明MGNP在NIR-II成像中有着巨大潜力。1000、1100、1200nm长波通（LP）滤光片下，均可观察到MGNP的明亮发射，在1000nm LP滤光片下可见MENP的发射光。MGNP在使用鸡胸肉材料的实验中表现出高达6mm的穿透深度，且显示出浓度依赖性荧光增强（Figure 3g-i）。

Figure 3.（a）DLS结果及MGNP的TEM图像。（b）MANP、MENP和MGNP的归一化吸收光谱。（c）MANP、MENP和MGNP的归一化发射光谱。（d）使用IR26作为参考的MG和MGNP（850−1550nm）的相对量子产率。（e）ICG和MGNP在连续808nm激光照射（0.8W/cm²）下的吸收强度（A/A₀）的变化。（f）使用积分球计算MANP、MENP和MGNP的绝对量子产率。（g）MANP、MENP和MGNP的不同LP滤波器下的NIR-II荧光信号的比较。（h）使用不同厚度的鸡胸肉检测MGNP（1.5mM）的穿透深度。（i）不同浓度下MGNP的NIR-II荧光信号的比较。

受上述结果的启发，作者继续使用MANP、MENP和MGNP进行了体内生物成像。通过尾静脉注射MANP和MENP，仅观察到模糊的图像，血管和其他组织无法清晰呈现（Figure 4a）。而小鼠的血管在注射MGNP后立即亮起，整个血液循环系统可以清晰可见，可见NIR-II区间生物成像的优越性。同时，较长LP滤波器处理的MGNP荧光信号表现出较高的空间分辨率，使用波长较长的滤波器，血管图像的信噪比（SBR）显著增加，血管的半峰全宽（FWHM）也变得更窄（Figure 4b）。

Figure 4.（a） MANP、MENP和MGNP在纳米颗粒处理5分钟和1小时后的体内生物成像能力的比较（MANP，激发波长Ex: 465nm，发射波长Em: 600nm；MENP，Ex: 605nm，Em: 760nm；MGNP，Ex: 808nm，Em: 1300nm LP滤光，曝光时间300ms）。（b）在不同LP滤光器下用MGNP处理的活体小鼠内血管的全身NIR-II荧光成像，以及沿着（b）中的红色虚线的相应横截面荧光强度分布。下图中的红色曲线表示数据的高斯拟合。比例尺：1cm。

作者还使用不同的LP滤光片研究了MGNP处理的活体小鼠大脑、后肢、爪子和耳朵的血管成像。结果显示1300和1400 nm LP滤光片处的荧光信号也具有最高的SBR和最小的FWHM，与全身成像的结果一致（Figure 5a-c）。并且小鼠的脑血管系统通过完整的头皮和头骨清晰可见，这表明其在监测脑血管疾病方面的应用可能性。主要血管的荧光信号和SBR随着时间的推移逐渐减少，肝脏区域的荧光信号升高，表明MGNP可能在肝脏代谢（Figure 5d-e）。

Figure 5.用MGNP处理的活小鼠的NIR-II荧光成像。（a）大脑、（b）后肢和（c）爪子在不同LP滤镜下的荧光图像以及带有红线的高亮血管的相应荧光强度分布（808nm激光照射，1300nm LP滤光，曝光时间300ms；1400nmLP的500ms曝光时间）。（a）、（b）和（c）中的比例尺分别为0.5、0.5和0.33cm。（d）注射MGNP后不同时间点小鼠的荧光图像。（e）标记血管的SBR随时间的相应变化（808nm激光照射，1300nmLP滤光，曝光时间300ms）。位置1和2在（d）中用红线标记。比例尺：1cm。

最后，作者对纳米颗粒的生物安全性进行了系统评价。MANP、MENP和MGNP对正常HUVEC、3T3和HT22细胞没有显示出明显的细胞毒性（Figure 6a），低溶血率也表明纳米颗粒显示出良好的血液生物相容性（Figure 6b, e）。主要器官、肝肾功能的苏木精和伊红（H&E）染色以及全血细胞分析的结果显示，这些纳米颗粒对正常器官和组织具有较低的系统毒性（Figure 6c-d, f）。

总之，本研究成功地开发了一种通用而简单的策略来构建具有可调荧光的AIE活性超分子笼，首次构建了发射波长到达NIR-II区域的AIE超分子笼的模块化，不仅为构建荧光超分子笼开辟了一条新的途径，也将推动超分子治疗学的发展。

参考文献

Qin, Y.; Li, X.; Lu, S.; Kang, M.; Zhang, Z.; Gui, Y.; Li, X.; Wang, D.; Tang, B. Z., Modular Construction of AIE-Active Supramolecular Cages with Tunable Fluorescence for NIR-II Blood Vessel Imaging. ACS Materials Letters 2023, 1982-1991.

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