本文要点：近红外二区（NIR-II）荧光成像是近年来发展起来的一种新型体内成像技术，具有穿透深度深、空间分辨率高、成像速度快等优点。该技术与在NIR-II窗口中的发光的荧光团相结合，可应用于肿瘤成像、引导手术和药理学疗效评估等众多研究，在生物医学领域具有巨大潜力。

半导体聚合物（SP）是最近开发的一类性能优异的NIR-II荧光团，具有强大的光捕获能力、光学性能的灵活可调性、优异的生物相容性以及新功能引入的可能性。然而，目前的SP还存在着分子量和结构不明确，体内代谢缓慢等问题。其中，（SO）是一类由π-共轭支架组成的小分子，通过碳-碳偶联反应合成。SO除了有一般SP的优点外，还具有较好的光稳定性，并且由于分子量较小，易于在体内代谢，在各种生物医学研究中具有良好的应用前景。

本研究通过受体工程方法设计和合成了三种D-A-D型低聚物，并制备成纳米颗粒（NP）。其中基于噻二唑苯并三唑（TBZ）受体的低聚物3纳米颗粒（O3 NP）具有最高的NIR-Ⅱ荧光亮度，可用于体内NIR-II成像和光热治疗（PTT）。

方案1. 三种低聚物（O1、O2和O3）的合成

三种SO分子的最高占据分子轨道（HOMO）分布在整个分子骨架中，而最低未占据分子轨道（LUMO）主要集中在受体上。这种HOMO-LUMO分离将导致分子内电荷转移（ICT），HOMO-LUMO间隙越小，分子就越容易被激发，表现为SO的吸收和发射带红移。

O1到O3的HOMO-LUMO间隙从1.27eV逐渐增加到1.53 eV，这可归因于其受体的吸电子能力逐渐降低。密度泛函理论（DFT）和时间相关DFT（TDDFT）计算结果显示，从O1到O3，λmax逐渐蓝移，而振子强度不断增加，与HOMO-LUMO间隙的变化趋势和光谱测定结果非常一致。

简而言之，由于TBZ是三种受体中吸电子能力最弱的，抑制了ICT效应，从而反过来提高了低聚物的NIR-II荧光强度。因此，当吸收强度相同时，O3的荧光性能最强。

图1. 三种低聚物的光谱性质、化学结构和电子性质

为了提高低聚物的溶解度和生物相容性，采用纳米沉淀法将其用F127聚合物包封，形成水分散性纳米颗粒。与O1 NP和O2 NP相比，O3 NP在水中表现出最高的NIR-Ⅱ荧光亮度，且与浓度之间存在良好的线性关系。此外，O3 NP的斯托克斯位移计算值高达213 nm，可有效减少分子自吸收引起的自猝灭。

图2. O3 NP的形态与大小、光谱性质、体外荧光及信号量化

在体外对O3 NP的光热性能与光热稳定性进行评估。用不同浓度的O3 NP在808nm下照射，可见随着暴露时间的延长，O3 NP经历了明显的温度升高，呈现出浓度依赖的趋势，表现出良好的光热效应。经过几个加热-冷却循环后，O3 NP的最高温度没有明显变化，表明O3 NP具有显著的光热稳定性。

图3. O3 NP的光热性能与光热稳定性

体外细胞实验进一步展示了O3 NP优异的PTT潜力。即使O3 NP浓度达到200μg/mL，3T3细胞在O3 NP孵育后仍表现出较高的细胞存活率，表明O3 NP具有良好的生物相容性。然而，当在808nm激光照射下用O3 NP处理HeLa细胞时，观察到HeLa细胞活力呈现出O3 NP浓度依赖性的降低，凋亡显著增加。

图4. O3 NP在有/无激光照射下的细胞毒性

使用O3 NP对携带HeLa肿瘤的小鼠进行体内成像。O3 NP静脉注射3分钟后，腹部和后肢的血管立即清晰可见。来自肿瘤部位的荧光强度从随时间逐渐增加，并在36小时达到最高值。证明O3 NP具有良好的肿瘤积聚能力和活体NIR-Ⅱ光热治疗潜力。

离体主要器官NIR-Ⅱ荧光信号显示，O3 NP主要通过肝胆系统清除。肿瘤显示出除肝脏外最高的NIR-II信号，进一步验证了O3纳米粒子优异的肿瘤积聚能力。

图5. O3 NP小鼠体内肿瘤成像