聚集诱导发光高分子在光学诊疗应用中的研究进展

高分子因其优异的光学特性、良好的生物相容性和分子结构易于调控等优势,在光学诊疗领域表现出巨大应用潜力.然而,传统荧光分子的聚集导致荧光淬灭现象限制了其生物应用.聚集诱导发光(AIE)分子因其聚集态高效发光的优势而备受关注.本文从AIE高分子的构建出发,重点介绍了D-A型共轭聚合物的构建策略、构-效关系以及相对于小分子的性能和应用优势,并从生物成像、肿瘤诊疗和抗菌三个方面总结了AIE高分子在光学诊疗领域的最新研究进展.生物成像方面主要总结了NIR-Ⅱ区AIE高分子在深部组织高分辨率荧光成像中的应用;肿瘤诊疗方面主要介绍了AIE高分子在光动力治疗、光热治疗及联合治疗中的应用;以及介绍了AIE高分子在细菌感染光动力治疗中的应用.最后对AIE高分子在光学诊疗领域的未来发展前景进行了展望.     

铋基纳米材料在癌症成像诊断与治疗中的应用

随着纳米医学的快速发展,纳米诊疗材料因其兼具诊断和治疗等多功能性而受到越来越多的关注。铋(Bi)基纳米材料具有优异的光学、电学和磁学性质,在肿瘤的诊疗一体化领域具有广阔的应用前景。我们总结了Bi基纳米材料常用的构建方法,重点介绍了其在计算机断层扫描(CT)成像、光声(PA)成像、放射疗法(RT)、光热疗法(PTT)及协同作用方面的应用研究进展,并对其未来发展进行了总结和展望。     

二维过渡金属硫化物在肿瘤诊疗一体化中的应用

二维过渡金属硫化物（2D TMDCs）既具有成像能力可用于肿瘤的诊断,又具有光热转换能力可用于肿瘤PTT,因此在肿瘤诊疗一体化中得到广泛应用。为更好了解2D TMDCs在肿瘤诊疗一体化中的应用,综述了与2D TMDCs有关的肿瘤成像方式的利弊,2D TMDCs作为肿瘤诊疗一体化剂的优势,以及其在肿瘤诊疗一体化中的应用,并对2D TMDCs在肿瘤诊疗一体化中的发展前景和面临的挑战进行了讨论。 关键词 二维过渡金属硫化物;成像;PTT;诊疗一体化     

光功能基元J-型序构的高分子诊疗材料

染料分子有序的J-型聚集会产生新的独特光物理性质,使其成为一种构筑高性能疾病诊疗材料的有力手段.光功能基元J-型序构的高分子诊疗材料充分整合了染料J-聚集体诸多优异的光学性能以及聚合物的响应性、多功能集成性和生物相容性等众多优良特性.本文主要总结了该领域以本课题组为代表的近期开展的一些研究工作,具体包括：(1)构筑水相稳定的J-聚集体纳米材料,使其在复杂生命体系中保持必要的J-型排列;(2)利用聚合物辅助纳米J-聚集体实现形貌调控与重塑,以提升其肿瘤诊疗性能;(3)聚合物纳米J-聚集体的性能优化与癌症诊疗应用,包括可穿透深层组织的近红外-Ⅱ成像、克服光漂白的光热治疗、疾病标志物激活的精准光动力治疗等.功能基元J-型序构策略为光诊疗材料的开发带来了新的设计原理和制备方法,为探索具有更高性能的高分子/超分子光功能诊疗材料提供了广阔的设计空间.     

氟硼二吡咯探针在肿瘤检测中的应用

目前,肿瘤是世界上死亡率最高的疾病之一,早期肿瘤细胞的检测对于肿瘤的预防和治疗具有重要意义。当前针对肿瘤细胞的检测手段主要有X光、计算机断层扫描(CT)、磁共振成像(MRI)等,但借助这些手段检测出来的肿瘤细胞通常已生长到中后期,极不利于肿瘤的治疗。荧光成像作为生命科学研究领域常用的手段之一,近年来被用于肿瘤细胞检测,与其他检测方法相比,具有微创、高效、低成本和更加灵敏等优势。氟硼二吡咯(BODIPY)荧光染料作为荧光成像的工具之一,因具有荧光量子产率高、稳定性好、易于修饰等独特优势,被广泛应用于肿瘤细胞检测领域。与常规检测手段相比,BODIPY探针可以靶向肿瘤细胞内细胞器或肿瘤标志物,达到检测早期肿瘤细胞的目的。本文综述了靶向不同标记分子的BODIPY探针的应用,并分析了BODIPY探针的作用机理,以期为肿瘤的临床检测提供更加方便、快捷、直观、灵敏的工具。     

多功能肿瘤诊疗一体化的金纳米材料的研究进展

由于良好的生物相容性以及在可见或近红外光区独特的表面等离子体共振(surface plasmon resonance,SPR)性质,金纳米材料体系是目前纳米科学研究领域的一个耀眼的明星体系,该体系在生物医学领域有着广泛的应用.金纳米材料制备简单、形状和尺寸可控,其光学性质如表面增强拉曼散射效应和易于调节至生物体的"透明窗"——近红外区的SPR效应,适合用于诊断检测、成像以及肿瘤光热治疗等.金纳米结构还可以作为载体,载带基因/化疗药物和荧光分子,进行化疗、荧光成像及光动力治疗等.可见,金纳米结构能够同时实现肿瘤的诊断与治疗,为精准医疗的发展提供了新思路.本文重点介绍了几种金纳米结构材料在肿瘤诊疗一体化方面的研究进展.     

四硫富瓦烯及其衍生物在分子开关领域的研究进展

四硫富瓦烯(TTF)及其衍生物由于具有特殊的结构和性质, 在分子开关、分子传感器、光信息存储和非线性光学等领域显示出诱人的应用前景. 综述了近几年TTF及其衍生物在分子开关领域的最新研究进展.     

稀土上转换多功能复合材料的构建及生物应用进展

镧系离子(Ln³⁺)掺杂的稀土上转换纳米材料在低能近红外光激发下可发射高能量的紫外、可见甚至近红外光，由于其独特的光学和化学性质，包括自荧光弱、对生物体光损伤小及组织穿透深度高等，稀土上转换纳米材料在生物医学领域的应用备受关注.在该综述中，主要介绍了本课题组在稀土上转换纳米发光材料的自组装、复合材料的构建及在肿瘤诊疗领域的相关工作，重点强调设计、合成多种刺激-响应型的多功能纳米诊疗平台，利用肿瘤微环境的特点（乏氧、偏酸性、富含H₂O₂和谷胱甘肽）和近红外光的独特优势，实现纳米材料在肿瘤部位的靶向蓄积、药物的选择性控制释放和协同肿瘤治疗（化疗、光动力治疗、光热治疗及免疫治疗等）.     

用于小动物活体的荧光-光热双模成像系统

报道了一种小动物活体荧光-光热双模成像系统, 其兼具荧光成像和热成像双功能, 具有成像灵敏度高、 采集速度快(≤51 frame/s)、 组织穿透深度大(近红外荧光成像时可达10 mm)以及0.1 ℃的热成像分辨率. 该系统不但能够实现小动物皮下肿瘤和深层组织/器官的荧光成像, 同时集成了热成像, 可实时监测光热治疗中的温度变化以及药物的控制释放过程, 有助于实现精准治疗.     

HA-AuNPs/FDF用于透明质酸酶的高灵敏检测、肿瘤靶向细胞荧光成像和光疗

本工作构建了一种新型复合纳米诊疗剂HA-AuNPs/FDF,用于透明质酸酶(HAase)的高灵敏荧光检测、肿瘤靶向荧光成像和光动力/光热协同治疗.吡咯并吡咯二酮基共轭小分子(FDF)与肿瘤靶向生物分子透明质酸(HA)功能化的金纳米粒子(HA-AuNPs)通过静电作用自组装形成HA-Au NPs/FDF. FDF在近红外光激发下产生较强的荧光, HA-AuNPs会通过荧光共振能量转移效应(FRET)猝灭FDF的荧光.然而,肿瘤细胞中过表达的透明质酸酶(HAase)能使HA逐渐降解, FDF被释放,从而荧光逐渐恢复. HA-AuNPs/FDF的荧光恢复程度与HAase的浓度有很好的线性关系,可用于快速定量检测HAase.而且, HA-AuNPs/FDF作为透明质酸酶激活的荧光探针成功地用于人宫颈癌肿瘤HeLa细胞的靶向荧光成像,细胞实验结果证实它能通过光动力/光热协同治疗有效抑制HeLa细胞的增殖.该体系为实现精准高效的肿瘤诊疗拓展了思路.     

卟啉-石墨炔衍生物的光热/光动力联合治疗

在本研究中,我们设计合成了两种卟啉修饰的新型石墨炔衍生物GDYO-TPP和GDY-TPP,它们在有机溶剂和水中具有良好的分散性及优异的生物相容性.研究发现GDYO-TPP和GDY-TPP不仅具有优异的光热转换性能,还具有优异的产生单线态氧能力,并可用于肿瘤的光热/光动力联合治疗,在动物体内表现出优异的肿瘤细胞生长抑制作...     

肿瘤微环境刺激响应型上转换光动力诊疗体系的构建和发展

光动力治疗是一种新型的非侵入式肿瘤治疗方法,具有创伤性和毒性小、选择性好、无耐药性、可重复治疗等突出优点,在癌症的治疗上取得了显著的成效.为了增加光动力治疗的组织穿透深度,研究者提出构建基于上转换纳米颗粒（upconversion nanoparticles,UCNPs）的光动力诊疗探针（简称上转换光动力诊疗探针）.基于发光共振能量转移过程,上转换光动力诊疗探针利用UCNPs在近红外光激发下发射的荧光激活负载的光敏剂发挥光动力疗效,有助于实现深层肿瘤的治疗.新型的上转换光动力诊疗探针通过多功能一体化的结构组合设计可以实现靶向运输、成像诊断以及刺激响应的按需治疗,是未来纳米医药发展的必然趋势.目前,研究者越来越关注构建基于肿瘤微环境刺激响应型上转换光动力诊疗体系,以提高治疗体系的靶向性,改善光动力治疗效果,并减小对周围正常组织的毒性.本工作主要讨论了基于pH、酶及过氧化氢刺激响应型上转换光动力诊疗体系的构建和发展,并对其发展前景进行了展望.     

有机小分子纳米粒子的光学诊疗应用

癌症严重威胁着人类健康, 因此, 急需开发高效的诊断和治疗方法. 基于光敏剂和近红外激光的光学诊疗将诊断和治疗集于一体, 与传统的手术治疗和化学治疗相比, 光学诊疗显示出无创性和高空间选择性的优点. 有机小分子染料具有确定且易于修饰的化学结构、 良好的重现性和优异的生物相容性, 与无机和聚合物材料相比, 它是一类具有前景的可用于光学诊疗的光敏剂. 本文总结了基于传统小分子染料、 给体-受体(D-A)共轭小分子和聚集诱导发光(AIE)分子等有机小分子的纳米粒子在光学诊疗中的应用. 此外, 对于光学诊疗用有机小分子染料纳米粒子未来的挑战和前景也进行了展望.     

基于大环化合物与二氟硼二吡咯亚甲基的超分子荧光系统的设计及应用研究进展

大环化合物由于其独特的刚性结构,功能性和主客体特性在超分子化学中起着至关重要的作用,除了常见的环糊精、杯芳烃、杯吡咯、葫芦脲和柱芳烃之外,近些年来还出现了很多新型大环分子.二氟硼二吡咯亚甲基(BODIPY)染料因其优异的光学性质,包括吸收和荧光发射带窄、摩尔吸收系数和量子产率高以及良好的光、热以及化学稳定性,被广泛应用于生物与化学领域.大环化合物的官能团化已被证明是构建具有特定功能智能材料的有效策略之一.该综述根据BODIPY与大环化合物所构建的超分子系统的功能应用,对近年来报道的这类超分子系统进行了分类总结和讨论,并提出了该领域未来的发展方向.     

纳米金属有机框架在肿瘤靶向治疗中的应用

金属有机框架材料(Metal-organic frameworks, MOFs)是一类由金属离子和功能有机配体通过配位键构成的多孔配位聚合物,具有易于合成和功能化、结构可调、比表面积大以及负载量高等特点,已被广泛应用于催化、气体吸附、分离、存储、传感和检测等领域。纳米金属有机框架(Nanoscale metal-organic frameworks, NMOFs)具有纳米颗粒的特殊性质,在肿瘤治疗中显示出良好的应用前景。NMOFs自身可以作为治疗剂,也可以作为治疗剂(药物、光热剂、光敏剂和芬顿反应催化剂等)的纳米载体,进行肿瘤的被动靶向、物理化学靶向和主动靶向治疗。本综述重点介绍了将NMOFs用于肿瘤药物化疗(Chemotherapy, CT)、光热治疗(Photothermal therapy, PTT)、光动力治疗(Photodynamic therapy, PDT)、化学动力学治疗(Chemodynamic therapy, CDT),以及多种联合治疗的研究进展。最后阐述了目前NMOFs在肿瘤治疗中面临的挑战及其未来的发展前景。     

调控供电子策略简易制备近红外二区有机小分子光学诊疗试剂

有机小分子凭借着明确的化学结构、出色的生物相容性、优异的可重复性等诸多优势被广泛应用于光学诊疗领域. 然而, 目前报道的有机小分子存在合成步骤复杂、成像波长位于近红外一区(NIR-I)、光热转换效率及单线态氧产率低等缺陷, 严重限制了其诊疗效果. 基于此, 本工作以吡咯并吡咯二酮作为缺电子单元、分别以苯、苯胺、邻苯二胺作为供电子单元, 通过一步偶联反应简易制备得到三种有机小分子DPP-0、DPP-2、DPP-4, 进一步利用纳米沉淀法制备得到对应的水溶性纳米粒子DPP-0 NPs、DPP-2 NPs和DPP-4 NPs. 研究发现, 随着氨基数量的增加, 纳米粒子吸收/发射均发生了红移, 其中DPP-4 NPs具有良好的NIR-I吸收能力且其最大荧光发射达到了近红外二区(NIR-II)区域, 表明可以通过改变供电子单元策略实现光学性能的调控. 在单一激光照射下, DPP-4 NPs可以同时产生NIR-II荧光信号、过高热及单线态氧, 其光热转换效率和单线态氧产率分别高达40.2%及34.3%, 可成功应用于肿瘤深层次NIR-II荧光成像诊断及高效光热/光动力联合治疗.     

硫代部花菁类染料生物成像及诊疗的研究进展

硫代部花菁是氮杂环阳离子和末端氨基、 羟基或烷氧基通过π共轭桥连在一起的一类荧光染料, 具有优异的光学性质和生物相容性, 其近红外发射优势以及光敏特性使以硫代部花菁为骨架的荧光探针和诊疗试剂在荧光/光声成像和肿瘤治疗方面发挥着重要作用. 本文综合评述了基于硫代部花菁构建的荧光探针和诊疗分子在识别各种生命或环境分析物以及光基疗法中的研究及应用, 讨论了该领域面临的问题, 并对未来的发展趋势进行了展望.     

聚吡咯及其纳米复合材料在光热治疗领域的应用

光热治疗是近年来兴起的一种治疗方法,具有靶向性强、适应性广的特点。在光热治疗中,通过光热剂对光的吸收将光能转化为热能,从而实现治疗作用,因而光热剂的光热转化性能直接决定了光热治疗的效果。光热剂的种类丰富,涵盖由无机到有机等组成和性能各异的多种材料。其中,聚吡咯具备良好的生物相容性、优异的光稳定性以及光热转化性能,在光热治疗领域受到广泛关注,是一种拥有巨大应用潜力的光热剂,然而其在光热治疗领域的发展趋势及前景却鲜有报道。本文综述了聚吡咯及其纳米复合材料的制备方法,详述了聚吡咯及其纳米复合材料在光热治疗领域中的应用情况,包括聚吡咯基纳米材料的自身性能和实际光热治疗的效果,指出以聚吡咯为基体或修饰材料来制备具有CT、磁共振、光声显影及光热治疗性能的聚吡咯基复合材料已成为发展趋势。在此基础上,本文还总结了聚吡咯基纳米复合材料在制备和应用中存在的问题,并分析了其在发展过程中遇到的挑战以及在生物医学应用中的前景。     

肿瘤诊疗多肽/聚氨基酸自组装纳米材料

多肽/聚氨基酸分子由于优异的生物相容性、序列可控性和高生物活性等特点，已经被广泛应用于肿瘤诊疗等生物医学领域.然而，这些分子仍然存在一定的缺陷，如光学性质不佳、半衰期短与清除速率快等.本文简述了通过对多肽/聚氨基酸分子的序列设计、侧链修饰和自组装条件进行调控，赋予其可控的光学性质以用于生物成像，更优异的药代动力学和药效学以获得更好的治疗效果.重点介绍了该领域以及本课题组近期关于多肽/聚氨基酸自组装纳米材料的构筑理念及其在肿瘤诊疗领域的应用研究，并对该领域的挑战和未来发展前景进行了展望.     

纳米粒子/聚合物复合光热平台的构筑和应用

叙述了一系列增强纳米粒子光热性能的方法,包括通过自组装方法调控纳米粒子的空间排列,进而优化电子结构和光热转化性能;在纳米粒子及其组装结构外表面进一步包覆具有光热性质的聚合物等.这些手段能够有效地增强光热试剂在近红外光区的消光能力,达到增强光热性能的目的.另外,包覆聚合物壳层后,纳米粒子的胶体稳定性、光稳定性以及生物兼容性都能得到进一步提高,为后续的体外细胞实验和动物体内肿瘤模型实验提供了可能.