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分子内和分子间同时荧光猝灭增强染料光热性能

(2019-11-22)

20191120日,国际著名学术期刊《先进功能材料》在线发表了中国科学技术大学化学与材料科学学院梁高林教授课题组、江俊教授课题组、张群教授课题组,以及安徽师范大学化学与材料科学院王广凤教授课题组的合作研究成果,文章标题为《Increasing Photothermal Efficacy by Simultaneous Intra- and IntermolecularFluorescence Quenching该文章报导了一种有机小分子染料在细胞内同时发生分子内和分子间荧光猝灭的“智能”策略,在增强活体肿瘤的光热治疗效果方面取得了重要进展Adv. Funct. Mater., 2019, DOI: 10.1002/adfm.201908073

光热疗法(PTT)由于其非侵入性、时空控制精确、特异性强、肿瘤破坏效率高等优点,已成为肿瘤治疗领域的研究热点,有望用于临床上多种癌症的治疗。高效率光热试剂(PTA)的设计与合成是癌症光热治疗成功的关键。近年来,采用原位自组装诱导PTA的荧光猝灭(即分子间荧光猝灭)提高其光热效率已被证明是增强肿瘤PTT的有效策略。但迄今为止,利用PTA同时发生分子内和分子间荧光猝灭来增加其光热效能的研究尚未见报道。梁高林教授基于本课题组特色的CBT-Cys点击缩合反应,合理设计并合成了有机小分子染料Biotin-Cystamine-Cys-Lys(Cypate)-CBT(1)1可特异性识别生物素受体高表达的癌细胞,当1被癌细胞摄取后,其会被细胞内大量存在的GSH还原,随后发生CBT-Cys点击缩合反应形成二聚体。由于距离的拉近,二聚体中的两个染料分子会发生荧光共振能量转移(FRET)使其荧光发生猝灭 (分子内荧光猝灭)。随后,二聚体将原位自组装形成纳米粒子,染料分子之间会发生分子间电荷转移,从而荧光猝灭进一步增强。在激光照射下,这种分子内和分子间的荧光猝灭可增强染料的非辐射激发过程,从而增加了染料的热转化效率,增加其对癌细胞和肿瘤的光热治疗效果(见下图)。在与江俊教授、张群教授以及王广凤教授合作下,理论计算和实验都成功验证了这一“智能”策略。染料分子的产热能力、光热转化效率、以及光稳定性明显优于单一的染料分子间(或分子内)的荧光猝灭策略。利用这一“智能”策略,他们成功实现了对活体肿瘤的光热治疗效果的大大增强。该策略为增强小分子光热转换效率提供了一种可行且可靠的手段,也为它们的临床转化提供了保障。更重要的是,通过用其他靶向配体取代1中的Biotin,这种“智能”策略有望用于其它疾病的光热治疗。

该论文的第一作者为中国科学技术大学化学与材料科学学院博士生杜蔚。王广凤教授、江俊教授和梁高林教授为共同通讯作者

该项目研究得到国家重点研发计划、国家杰出青年科学基金以及创新研究群体项目的资助

附文章链接:https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/adfm.201908073

(化学与材料科学学院、科研部




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