本文要点：半导体聚合物点（Pdots）具有优异的光稳定性、高单颗粒亮度、良好的生物相容性，是一类有广阔应用前景的荧光探针。但目前已报道的具有NIR-II发射的Pdots仍需要进一步优化以改善包括吸收截面和荧光量子产率（QY）等方面的光学性质。
供体-受体-供体（D-A-D）荧光团作为近年来被广泛研究的NIR-II发射体，展现出许多优越的性质，但其发射性通常会由于聚集诱导猝灭（aggregation-induced quenching, ACQ）效应而降低。为了提高NIR-II发射纳米颗粒的QY，D-A-D荧光团通常与分子内可旋转单元连接，以减少聚集诱导的猝灭。然而，这样的单元通常会导致分子骨架扭曲，影响D-A-D单元内的偶联，并因此降低吸收。
本研究通过交联基于D-A-D的NIR-II荧光团形成2D聚合物网络来克服这一限制，通过控制荧光团分离实现高QY，并通过限制分子内畸变实现强吸收。然后通过纳米沉淀法制备Pdots，开发了在已报道的基于D-A-D的纳米颗粒中具有最高NIR-II单颗粒亮度的聚合物点，并将其应用于后肢血管和肿瘤的成像以及荧光引导的肿瘤切除。
如图1，选择二溴取代的双烷基噻吩-苯并双噻二唑作为发射单元，通过Suzuki偶联反应合成4种超支化聚合物及其对应的线性聚合物。
图1. 四种超支化聚合物及其对应的线性聚合物的二维示意结构
线性聚合物形成Pdots后，其中的荧光团折叠引起畸变，摩尔吸收系数大幅降低；而超支化聚合物在包封成点后的吸收几乎没有降低。这证明了超支化聚合物的优越性，它限制了分子内畸变，并保持了π-共轭平面，因此在聚集状态下吸收仍然很强。此外，超支化Pdots还表现出比线性Pdots高数倍的单颗粒吸收截面和更好的荧光QY。
表1. THF中聚合物在峰值波长下的摩尔吸收系数（ε）、850-1500 nm波段的荧光QY（Φ），以及Pdots在水中的单粒子荧光截面（F）
超支化Pdots的体积归一化荧光截面（F/V）也远高于相应的线性Pdots。其中，CP3-Pdots结合了红移的吸收光谱和808nm激发下的高单粒子亮度两项优势，成为本研究种最适合于808nm激发的NIR-II成像的Pdots。
图2. 超支化聚合物和Pdots的归一化光谱特征、体积归一化荧光截面与直径
将CP3-Pdots与ICG分别静脉注射到裸鼠中体内进行血管成像，可见CP3-Pdots成像质量更高。随滤波器波长增加，CP3-Pdots信号峰值变得更尖锐，SBR增加到高达1.59，表明CP3-Pdots在NIR-IIa窗口中具有优异的性能。
图3. CP3-Pdots和ICG的裸鼠后肢血管NIR-II成像
用4T1荷瘤BALB/c小鼠评估CP3-Pdots用于肿瘤NIR-II成像的可行性。静脉注射cRGD肽功能化CP3-Pdots的16小时后，在肿瘤处检测到强NIR-II信号，其SBR高达5.08，远高于ICG以及没有靶向组的Pdots，证明了cRGD的肿瘤靶向功能。
淋巴结转移是癌症转移的常见途径，因此分别在BALB/c小鼠脚垫处局部注射Pdots和ICG，研究CP3-Pdots的淋巴结成像能力。与ICG相比，CP3-Pdots显示出更好的可见性和更长的观察持续时间。
图4.cRGD肽功能化CP3-Pdots的4T1荷瘤小鼠体内成像及CP3-Pdots、ICG的淋巴结成像
受cRGD功能化CP3-Pdots卓越的肿瘤成像能力的启发，研究人员进一步评估了它们在4T1荷瘤BALB/c小鼠的荧光引导手术中的表现。在荧光引导手术中，根据NIR-II光下观察到的荧光信号移除组织，直到检测不到信号为止。如图5，常规切除手术后仍留有部分淋巴结，周围组织受到侵袭，肿瘤快速复发。而荧光引导的手术有助于更完全地移除淋巴结，从而大大降低了复发的可能性。
图5.cRGD功能化CP3-Pdots荧光引导手术前后的4T1荷瘤小鼠成像与肿瘤预后
综上所述，本研究开发了一种用交联荧光团合成Pdots的新策略，通过控制荧光团间的距离和限制分子内畸变，同时实现了强吸收和高荧光量子产率。所合成的Pdots具有前所未有的单粒子NIR-II亮度，显示出优越的体内NIR-II成像性能。还证明了cRGD修饰的Pdots在肿瘤中能有效积累，证实了其在体内成像和荧光引导肿瘤切除方面的良好性能。
参考文献
Fang L, Ai R, Wang W, Tan L, Li C, Wang D, Jiang R, Qiu F, Qi L, Yang J, Zhou W, Zhu T, Tan W, Jiang Y, Fang X. Hyperbranched Polymer Dots with Strong Absorption and High Fluorescence Quantum Yield for In Vivo NIR-II Imaging. Nano Lett. 2023 Sep 5.
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