近红外（NIR）光因其无创性、高灵敏度和深层组织穿透性而被广泛用于医疗领域的治疗诊断应用。特别是，波长在近红外二区（NIR-II，1000−1700 nm）的近红外光表现出中等的光子散射，其特征在于相对较高的最大允许暴露（MPE）值。因此，NIR-II光在光热治疗（PTT）和荧光成像（FLI）中具有广泛的潜在应用前景，可有效、安全地诊断和治疗肿瘤。光热治疗是一种有效的光子触发治疗策略，其通过由近红外光照射的光热剂产生的局部热杀死肿瘤细胞。

半导体聚合物纳米粒子（NPs）已被用作光敏剂，并且由于其优异的生物相容性、精细调谐的光学性质和高吸收系数而在癌症诊断和治疗中表现出显著的功效。半导体聚合物近红外二区荧光吸收和发射性质的构建已经得到了广泛的研究。

多功能诊疗试剂在提高光热治疗和肿瘤荧光成像的疗效方面起着至关重要的作用。然而，它们需要将复杂的部件集成到单个治疗诊断系统中，并且它们在NIR-II区域中的响应受到光敏剂的波长的限制。为了解决这个问题，作者开发了一种新型的喹喔啉酰亚胺半导体聚合物（命名为PQIA-BDTT）。

首先，作者经一系列步骤合成了PQIA-BDTT。随后，为了使PQIA-BDTT更适合于生物应用，通过传统的纳米沉淀法将其制成水分散性NPs，使用两亲性三嵌段共聚物（Pluronic F-127）作为封装基质。PQIA-BDTT NPs表现出球形形态，如透射电子显微镜所示（图1b）。

接着，作者探究了PQIA−BDT的光学性质。PQIA−BDTT NPs在水中表现出从NIR-I到NIR-II区域的相对宽范围的吸收光谱（图1c）。PQIA-BDTT NPs的吸收特征以及在水中的质量消光系数分别表明其在水溶液中具有强烈的聚集倾向并且在NIR-II窗口中具有很大的应用潜力。此外，在980 nm激发时，PQIA-BDTT NPs在1135 nm处表现出最大峰，并且发射尾延伸至1400 nm的NIR-II区域（图1c）。发射光谱主要位于NIR-II区域，表明大部分发射光子参与了NIR-II FLI。

图1. (a) PQIA-BDTT NPs的制备示意图。(b) PQIA-BDTT NPs的透射电子显微镜图像和动态光散射曲线。(c) PQIA-BDTT NPs在水中的归一化吸收和发射光谱

同时，作者发现PQIA-BDTT NPs也表现出广泛的NIR-II吸收和荧光，为了评估PQIA-BDTT NPs的光热性质，作者使用1064 nm激光（1 W cm^-2）照射各种浓度的PQIA-BDTT NPs水性分散体6分钟（图2a），并用红外照相机记录温度。PQIA-BDTT NPs在激光（1064 nm）诱导的光热治疗中以安全的最大允许暴露值（MPE）实现了72.6%的高光热转换效率（PCE），证明了它们用作光热剂的能力（图2d）。

图2. PQIA-BDTT NPs的光热性质。(a) 在激光照射（1064 nm，1.0W cm^-2）下在各种浓度下持续6分钟和(b) 在50 μg mL^-1浓度下在各种激光功率密度下持续6分钟。(c) 辐照和五次冷却运行后PQIA-BDTT NPs的循环温度变化。(d) PQIA-BDTT NPs（50 μg mL^-1）在激光照射（1064 nm）下6分钟的加热和冷却曲线，以及冷却期的线性时间数据与−ln（θ）。

除此之外，作者为探索PQIA− BDTT在无辐射跃迁过程中的能量消耗途径，研究了PQIA−BDTT在基态（S₀）和激发态（S₁）的简化重复单元的分子几何结构。计算了最佳结构的重组能（Er），并分析了优化的S₀和S₁几何结构的振动频率（图3b）。模拟了S₀和S₁中的最佳结构（图3c），其中，在两种状态下最佳结构之间显示出相当大的差异（均方根偏差= 0.485 Å）。这表明激发态PQIA-BDTT主要通过结构振动弛豫返回到基态。因此，PQIA-BDTT共聚物主链的扭曲构型和振动弛豫赋予了共聚物优异的光热转换能力。

图3. (a) PQIA−BDTT的简化重复单元（n = 3）的优化构象。(b) 计算的重组能（Er）与最佳结构的正常模式波数。插图：键长、键角和二面角对总Er的贡献。(c) 密度泛函理论计算的S₀（黑色）和S₁（红色）电子状态的最小能量几何。

其次，作者评估了PQIA-BDTT NPs对活细胞的PTT功效，对于PQIA-BDTT NPs，在不存在激光的情况下，在两种细胞系中均未观察到细胞毒性（图4a，b），表明这些纳米粒子具有相对低的细胞毒性和优异的生物相容性。而在3分钟激光（1064 nm）照射下，随着PQIA-BDTT NPs浓度的增加，细胞活力大大降低。为了证实细胞的死亡源于激光照射和PQIA-BDTT NPs的存在，作者使用钙黄绿素-乙酰氧基甲基和碘化丙啶对活细胞进行染色，活细胞和死细胞分别标记为绿色和红色荧光。单独用激光（1064 nm）照射或单独与PQIA-BDTT NPs组合的两种细胞都保持存活，显示绿色荧光（图4c），而这些细胞在与PQIA-BDTT NPs孵育然后用激光（1064 nm）照射后死亡（红色荧光）。此外，通过流式细胞术分析验证了在1064 nm激光照射下由PQIA-BDTT NPs诱导的高热对HeLa和4T1细胞的细胞毒性作用（图4d）。

图4. HeLa（a）和4T1（B）细胞在用不同浓度的PQIA-BDTT NPs孵育24小时后的CCK-8测定，有或没有激光照射（1064 nm，1.0 Wcm^-2，3分钟）。(c) 不同处理后钙黄绿素AM（绿色）和碘化丙啶（红色）共染色的HeLa（左）和4 T1细胞（右）的荧光图像。在用PQIA-BDTT NPs（50 μg mL^-1）孵育细胞后，进行NIR-II光照射（1064 nm，1.0W cm^-2，3分钟）处理。(d)用膜联蛋白V/碘化丙啶染色的HeLa（上）和4 T1（下）细胞的凋亡的流式细胞术分析; PQIA-BDTT NPs的浓度为50 μg mL^-1。

之后，作者还测量了它们的NIR-II荧光特性。在980 nm激发下，NIR-II信号与PQIA-BDTT NPs的浓度呈现出极好的线性关系。逐渐变亮的NIR-II图像证明了PQIA-BDTT NPs可作为NIR-II FLI造影剂具有巨大潜力。除此之外，PQIA-BDTT NPs主要集中在肿瘤、肝脏和脾脏中，而只有少量分布在心脏、肺和肾脏中，这表明NPs的代谢主要与肝胆系统相关。

图5. (a) 不同浓度的PQIA-BDTT NPs的荧光图。(b) NIR-II FLI和 (c) 在静脉内注射PQIA-BDTT NPs（激发：980 nm，6.3 mW cm⁻²;曝光时间：80 ms; 1100 nm LP滤光片）。(d) 不同器官的荧光图像和强度分布（静脉注射后72小时处死小鼠）。

最后，为了评价PQIA-BDTT NPs在NIRII PTT中的抗肿瘤作用，连续测量肿瘤大小16天。对照组（PBS、PBS +激光和PQIA-BDTT NP）表现出快速肿瘤生长，而在PQIA-BDTT NPs+激光组中，肿瘤生长受到抑制。此外，所有小鼠均未显示出明显的体重变化（图6 b），表明在这些治疗中负面影响可忽略不计。在所有治疗16天后，随后切除肿瘤组织，成像并称重（图6c，d），这表明PQIA-BDTT NPs+激光治疗的抗肿瘤功效显著高于对照治疗的抗肿瘤功效。

图6. (a) 小鼠组在1064 nm NIR-II激光照射（1.0 Wcm^-2，5分钟）下的红外热图像。(b) 处理期间小鼠组的体重曲线。(c) 治疗后不同组中肿瘤的照片。(d) 不同组中的肿瘤体积。

总之，作者开发了一种新型的电子受体单元（QIA），并构建了一种新型的给体-受体型共轭共聚物，即PQIA-BDTT，它具有强烈的吸收和近红外二区荧光发射。PQIA-BDTT被包裹在两性F-127中以开发多功能光热诊断纳米药剂。PQIA-BDTT纳米粒子表现出优异的生物相容性、高光稳定性和特异性肿瘤靶向性。此外，PQIA-BDTT纳米粒子在安全的MPE下，在激光（1064 nm）诱导的光热治疗中实现了令人印象深刻的高PCE（72.6%）。由于PQIA-BDTT纳米粒子具有高近红外二区荧光，因此可以精确观察肿瘤轮廓和位置，从而清晰地区分癌细胞区域和正常组织。肿瘤成像和治疗的最佳时间确定为注射PQIA-BDTT后24小时，因为这个时间点对应着肿瘤中NP的最大积累。PQIA-BDTT纳米粒子在体内外实验中也表现出显著的抗肿瘤效果，并且组织学检查显示，PQIA-BDTT纳米粒子对正常器官没有明显的毒性副作用。将噻唑并合成的QIA受体单元引入D-A共轭聚合物中是合成新型近红外二区光敏剂的有效策略。此外，该策略提供了一个设计生物医学应用光热诊断剂的新平台。

参考文献

Zhu, C.; Gao, Q.; Wang, C.; Shi, L.; Yin, S.; Chen, P.; Guo, T.; Hu, Z.; Ying, L., Quinoxalineimide-Based Semiconducting Polymer Nanoparticles as an Effective Phototheranostic for the Second Near-Infrared Fluorescence Imaging and Photothermal Therapy. ACS Appl Mater Interfaces 2023, 15 (24), 29396-29405.

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