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JACS：北理工團(tuán)隊(duì)與美國高校教授合作在新型近紅外有機(jī)光熱小分子構(gòu)建方面取得進(jìn)展

來源：北京理工大學(xué)      2022-10-14
導(dǎo)讀：近日，北京理工大學(xué)化學(xué)與化工學(xué)院博士后劉康蕾博士與醫(yī)學(xué)技術(shù)學(xué)院蔣振奇博士以及美國羅格斯大學(xué)(Rutgers University-Newark) Frieder J?kle教授等人開展合作，制備新型近紅外區(qū)硼氮稠合的二蒽基吡嗪小分子在腫瘤治療新型光熱劑方面取得重要進(jìn)展。相關(guān)工作以“Near-Infrared-Absorbing B–N Lewis Pair-Functionalized Anthracenes: Electronic Structure Tuning, Conformational Isomerism, and Applications in Photothermal Cancer Therapy”為題，在國際頂級(jí)化學(xué)期刊《Journal of the American Chemical Society》上在線發(fā)表(DOI: 10.1021/jacs.2c06538)。
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相較于可見/紫外光，波長更長的近紅外光對(duì)生物組織具有更大的穿透深度，被稱為“生物光學(xué)窗口”，在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域受到了廣泛關(guān)注。其中，腫瘤光熱治療(Photothermal Therapy，簡稱PTT)是通過利用光熱劑在近紅外光照射下將光能轉(zhuǎn)化為熱能，有針對(duì)性地在局部觸發(fā)熱療導(dǎo)致腫瘤細(xì)胞消融的一種新型腫瘤治療策略。因其在腫瘤治療方面具有微創(chuàng)、長效、安全等特點(diǎn)，成為新型癌癥治療手段研究中的熱點(diǎn)，而開發(fā)具有近紅外吸收與高光熱轉(zhuǎn)化效率的新型光熱劑是實(shí)現(xiàn)光熱治療發(fā)展的關(guān)鍵。
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圖1. 硼氮稠合二蒽基吡嗪化合物的光熱治療示意圖
在該工作中研究人員采用硼氮路易斯酸堿對(duì)功能化吡嗪橋接的蒽二聚體的策略，合成了新型硼氮稠合的二蒽基吡嗪衍生物（圖2）。與無硼前體與全碳類似物相比，硼氮鍵的引入導(dǎo)致電子結(jié)構(gòu)發(fā)生重大變化，大幅度降低了HOMO-LUMO帶隙和顯著降低了LUMO能級(jí)，實(shí)現(xiàn)了硼氮稠合的二蒽基吡嗪的吸收紅移到近紅外區(qū)，有利于808nm激光照射下的光熱轉(zhuǎn)換（圖2）。得益于分子內(nèi)電荷轉(zhuǎn)移、無熒光特性以及良好的光穩(wěn)定性，4-Pf-NPs納米粒子能更高效地將光能轉(zhuǎn)換成熱能，展現(xiàn)出高達(dá)41.8%的光熱轉(zhuǎn)換效率（圖3）。體外和體內(nèi)實(shí)驗(yàn)都驗(yàn)證了4-Pf-NPs對(duì)腫瘤細(xì)胞的良好生物安全性和出色的光熱治療效果（圖3-4）。
這項(xiàng)研究成功制備了硼氮稠合的二蒽基吡嗪化合物，展示了稠環(huán)芳烴的硼氮路易斯酸堿對(duì)功能化是一種開發(fā)新型高效光熱劑的新策略，促進(jìn)了基于硼氮稠環(huán)芳烴的近紅外吸收材料的探索以及未來用于腫瘤光熱治療的應(yīng)用。
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圖2. 分子合成方法，晶體結(jié)構(gòu)和紫外吸收光譜圖
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圖3. 4-Pf-NPs的光熱性質(zhì)表征及在體外的光熱治療效果研究
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圖4. 4-Pf-NPs在體內(nèi)的光熱治療效果研究
該工作第一作者為北理工化學(xué)與化工學(xué)院劉康蕾博士，北理工化學(xué)與化工學(xué)院劉康蕾博士、北理工醫(yī)學(xué)技術(shù)學(xué)院蔣振奇博士、美國羅格斯大學(xué)Frieder J?kle教授為共同通訊作者, 北京理工大學(xué)為共同通訊單位。
上述工作得到國家自然基金的相關(guān)支持，同時(shí)作者也感謝北理工分析測(cè)試中心在測(cè)試中的幫助與支持。
作者簡介：
劉康蕾，北京理工大學(xué)化學(xué)與化工學(xué)院“特立”博士后。2020年博士畢業(yè)于美國羅格斯大學(xué)，師從Frieder J?kle教授。2020年5月加入北京理工大學(xué)，主要研究方向?yàn)楹鹦》肿釉谏镝t(yī)學(xué)領(lǐng)域中的應(yīng)用。目前在國際知名期刊上發(fā)表多篇學(xué)術(shù)論文，包括以第一/通訊作者在J. Am. Chem. Soc.期刊發(fā)表論文3篇，在Adv. Mater.期刊發(fā)表論文1篇，在Chem. Sci.期刊發(fā)表論文2篇，申請(qǐng)專利1項(xiàng)。主持國家自然科學(xué)基金青年項(xiàng)目和博士后科學(xué)基金面上項(xiàng)目。
蔣振奇，北京理工大學(xué)醫(yī)學(xué)技術(shù)學(xué)院博士后。2020年博士畢業(yè)于中科院寧波材料所，師從吳愛國研究員。2020年7月加入北京理工大學(xué)，主要研究方向?yàn)橛跋褚龑?dǎo)下的微創(chuàng)治療方法研究。目前以第一/通訊在Adv. Mater.、J. Am. Chem. Soc.、Nano Lett.等國際期刊發(fā)表論文30余篇，主持國自然青年基金，科技部重點(diǎn)研發(fā)子課題等多個(gè)項(xiàng)目。
文章鏈接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.2c06538
參考資料：https://cce.bit.edu.cn/zhxw/204617dbf8c04e1881640660775f2030.htm


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