BODIPY（硼二吡咯甲烷）染料因其良好的稳定性、易于改性、高量子产率和良好的生物相容性而在生物领域得到广泛认可。不幸的是，大多数BODIPY染料都受到ACQ效应的影响，在聚集状态下表现出微弱的荧光。这主要由于它们的窄斯托克斯位移和平面π共轭结构引起的自吸收和稳健的分子间相互作用（如π-π堆积）。利用AIE和BODIPY的优势，独特的聚集活化BODIPY染料已成功用于各种生物应用。它们的结构修饰对于降低LUMO能级和将吸收波长转移到NIR区域很重要。为了扩展受体中心，BODIPY结构内的吡咯被咪唑辅助色取代，作为能够以镜面构象与两个BF₂单元结合的桥接配体。苯环化的引入进一步扩大了π系统，并通过相邻结合囊的空间包覆提高了稳定性。这些调整导致了双-（硼二氟化物）-8-咪唑并二吡咯甲烷（BOIMPY）的形成，它具有更大的π共轭骨架和刚性平面结构，允许更大的π电子离域，使其能够作为强吸电子受体。此外，四苯乙烯和三苯胺被用作电子供体，以扩大共轭结构并进一步缩小带隙。烷基链也被引入共轭桥噻吩基团中，以抑制分子间的π-π相互作用。这里作者直接将供体基团纳入BOIMPY核心（图2a，b）。TPEB和TPAB的合成过程如图2a所示。

图3. 具有相同电子给体但不同电子受体的荧光团的吸收波长和MEC

如图 2c 所示，TPEB 和 TPAB 在 THF 中均在 600–1000 nm 处表现出较高的吸收，最大峰分别位于 828 和 858 nm。TPEB 和 TPAB 的 MEC 经测定为 1.29 × 10⁵ M^-1cm^-1 和 1.01 × 10⁵ M^-1cm^-1，高于大多数已报道的 AIE 染料。如图 3 所示，基于 BOIMPY 的TPAB 染料表现出最长的吸收波长，并且 MEC 比其他分子高一个数量级。这些结果归因于 BOIMPY 核心的大型刚性平面结构和强吸电子中心。显著高的 MEC 大大提高了染料在输出行为方面的性能。TPEB 和 TPAB 的荧光发射范围为820 至 1300 nm，峰值分别位于 875 和 945 nm。然后，使用 THF/己烷混合物研究了 TPEB 和 TPAB 荧光强度的变化。如图 2e、f 所示，由于强烈的 RIM 效应，随着混合物中己烷 (f_H) 的分数增加，TPAB 的荧光强度明显增加。TPEB 的趋势与 TPAB 的趋势相似（图 2f）。这些染料在近红外区域的强吸收和在短波红外区域的荧光发射进行进一步研究。

疏水性 AIEgens 最初使用两亲性聚合物 PEO100-PPO65-PEO100 (F127) 封装到纳米颗粒 (NP) 中（图 4a）。通过透射电子显微镜 (TEM) 分析观察到 TPEB NPs 和 TPAB NPs 的一致球形形态，直径分别约为 93 和 97 nm。这两个 NPs从 600 到 1000 nm 显示出更宽的吸收范围（图 4c）。此外，在SWIR区域也观察到了TPEB NPs和TPAB NPs的高荧光发射，相对量子产率分别为5.04％和0.83％（图4d，e）。TPEB NPs更高的量子产率表明TPEB在聚集状态下确实具有更大的振子强度和更强的限制分子内运动（RIM）效应，从而促进辐射衰变。还利用NIR-II活体成像系统记录了荧光图像，结果也显示TPEB NPs在SWIR区域表现出更强的荧光（图4f）。

经过五个循环后，TPEB NPs 的光热转换能力几乎没有变化（图4k）。还通过检测吸收变化研究了光热剂的光漂白和抗 ROS 性。在暴露于 808 nm 激光（0.33 W cm^-2）时，吲哚菁绿 (ICG) 及其 NPs 的吸收强度显著降低（图 4 l、m）。在存在各种活性氧物质（如次氯酸根 (ClO^-)、叔丁基过氧自由基 (TBO•) 和羟基自由基 (•OH)）的情况下，ICG 的吸收强度与其原始值相比明显降低约 95%（图 4n）。值得注意的是，在相同条件下，TPEB NPs 和 TPAB NPs 的吸收强度没有变化（图 6n）。这些结果证明了 TPEB 和TPAB 的出色稳定性，表明其在生物环境中具有巨大的应用潜力。

图5. TPEB NPs体外细胞实验

TPEB NPs 具有出色的光热性能和强荧光发射，随后在体外评估了其对 4T1 和 MCF-7 细胞的 PTT功效。首先，使用 MTT 测定法研究了 TPEB NPs 的细胞毒性。如图 5a、b 所示，表明生物相容性良好。然而，当暴露于 808 nm（0.33 W cm-2）激光 5 分钟时，观察到 TPEB NPs 的光毒性表现出浓度依赖性行为，导致与 50 µg mL-1 TPEB NPs 孵育时细胞活力显着下降（4T1为 20%，MCF-7 为 16%）。

绿色和红色荧光通道分别代表活细胞和死细胞。如图 5c 所示，在 PBS、PBS + 光和 TPEB NPs 中均可观察到明显的绿色荧光信号，表明在这些实验条件下细胞毒性可忽略不计。然而，当活细胞同时用 TPEB NPs (100 µg mL-1) 和 808 nm 激光 (0.33 W cm-2) 处理时，红色通道的荧光明显增强，表明TPEB NPs 具有较高的光毒性。随后，通过同时用商业溶酶体染料 (Lyso-Tracker Green) 和载 Cy5 染料的 TPEB NPs 处理4T1 细胞来进行 NPs 的共定位（图 5d）。绿色通道（Lyso-Tracker）和红色通道（Cy5染料负载的TPEB NPs）之间的重叠系数确定为0.835，表明两个通道之间存在很强的相关性，表明TPEB NPs通过溶酶体介导的内吞途径内化到4T1细胞中。

通常，吖啶橙（AO）在完整的溶酶体内作为质子化的低聚物显示红色荧光信号，而在细胞质和细胞核中作为去质子化的单体形式显示绿色信号。图5e中鲜红色的荧光信号表示PBS，PBS + 光和TPEB NPs组中存在完整的溶酶体。然而，当用808 nm (0.70 W cm^-2) 激光照射 NPs 处理的 4T1 细胞时，红色 AO 信号消失，表明溶酶体的完整性因 PTT 效应而严重破坏。利用 AV-FITC/PI 染色进一步研究了 TPEB NPs 光热处理诱导的细胞死亡途径（图 5f）。用 TPEB NPs 和 808 nm (0.33 W cm^-2) 激光处理的 4T1 细胞显示增强的绿色和红色荧光信号，表明与其他组相比，细胞凋亡或坏死的发生率更高。

图6. 肿瘤小鼠静脉注射 TPEB NPs（1 mg mL-1，100 µL）后随时间变化的 SWIR 荧光成像和分析

首先，使用 NIR-II 小动物体内成像系统通过静脉注射荷瘤小鼠评估了 TPEB NPs 的体内生物分布和肿瘤蓄积情况。如图 6a、b 所示，给药后 12 小时在肿瘤部位观察到增强的 NIR-II 荧光信号，并在约 48 小时后达到最大强度。强烈而持续的荧光信号证明了 TPEB NPs 出色的肿瘤蓄积能力。除了体内成像结果外，还对肿瘤和主要器官进行了离体成像，以进一步证明 TPEB NPs 在肿瘤中的有效摄取和保留 (图 6c、d)。离体成像显示，与其他器官相比，肿瘤内 TPEB NPs 表现出大量积累。

建立肿瘤小鼠模型，研究TPEB NPs的体内PTT（图7a）。将患有4T1肿瘤的BALC/c小鼠随机分成四组，分别进行不同的治疗：（I）PBS、（II）PBS + 光、（III）TPEB NPs和（IV）TPEB NPs + 光。静脉注射NPs 48小时后，用808 nm激光（0.33 W cm-2）照射，使用红外热像仪记录肿瘤的体内光热成像。图7c、d中显示的结果显示，对接受NPs处理的小鼠进行激光照射5分钟后，肿瘤部位的温度显著升高。温度从 36.6 迅速上升至 55.8 °C，表明 TPEB NPs 在 808 nm 激光照射下具有体内光热能力。相比之下，在用 PBS 和 808 nm 激光（0.33 W cm-2）处理的对照组中检测到的温度变化很小。图7e-g 所示的结果显示，第 II 组（PBS + L）和第 III 组（TPEB NPs）中的肿瘤表现出快速生长，其大小和重量与第 I 组（PBS）中观察到的肿瘤相当，这表明单独激光治疗或 TPEB NPs 对肿瘤抑制均无效果。值得注意的是，用 TPEB NPs 和 808 nm 激光（0.33 W cm-2）处理的小鼠表现出显著的肿瘤抑制，达到了令人印象深刻的 94% 的抑制率.如图 7i 所示，PBS、Light 和 TPEN NPs组的 H&E 染色显示癌细胞损伤最小。然而，在用TPEN NPs + 808 nm 激光治疗的组中观察到严重的肿瘤细胞坏死或凋亡。不同治疗组的 TUNEL 分析也显示出清晰的病理变化，表明肿瘤组织受到广泛损伤。

综上所述，本文提出了一种“强化吸收库”的方法来设计在近红外区域具有出色光子收集能力的 AIEgen，最终提高其在短波红外发射和光热效应方面的输出性能。首次利用(双-(二氟化硼)-8-咪唑并二吡咯甲烯)(BOIMPY)单元来制造新型 AIEgen (TPEB)，该单元通过使用苯并咪唑作为桥接配体结合两个 BF₂单元来提供足够的刚性和强的吸电子能力，该单元被用于制造新型 AIEgen (TPEB)，其在 828 nm 处表现出高达 1.29 × 105 M^-1 cm^-1 的超高摩尔消光系数。这是报道的具有近红外吸收的 AIEgen 中最高的 MEC。TPEB NPs优异的光物理性质源于辐射和非辐射衰变过程之间的和谐平衡。由于具有强大的集光能力、SWIR区域强荧光（QY = 5.04%）、高光稳定性和良好的光热效应等显著优点，所制备的TPEB NPs被成功应用于SWIR成像引导的光热肿瘤消融。此外，考虑到在NIR-IIb区域（1500–1700 nm）荧光成像的巨大前景，开发在此窗口发射的基于BOIMPY的AIEgens也是可取的。因此，本研究提出的“强化吸收库”方法为设计未来生物医学应用的多功能 AIEgens 提供了有前景的指导。

参考文献

Yang M, Ou X, Zhang J, et al. BOIMPY Scaffold: Accessing Ultrahigh Molar Extinction Coefficient AIEgen for SWIR Imaging‐Guided Photothermal Cancer Ablation[J]. Advanced Functional Materials, 2024: 2411838.