本文要點：具有第二近紅外（NIR-II）發射的分子熒光團由于其優異的生物相容性和高分辨率，在深層組織生物成像方面具有巨大的潛力。最近，J-聚集被用于構建長波長NIR-II發射器，因為它們的光帶在形成水分散性納米聚集體時顯示出顯著的紅移。然而，由于J型主鏈的種類有限和嚴重的熒光猝滅，它們在NIR-II熒光成像中的廣泛應用受到了阻礙。在此，我們報道了一種具有抗猝滅效應的明亮的苯并[c]噻吩（BT）J聚集熒光團（BT6），用于高效的NIR-II生物成像和光療診斷。BT熒光團被操縱以具有超過400nm的斯托克斯位移和聚集誘導發射（AIE）特性，以克服J型熒光團的自猝滅問題。在水性環境中形成BT6組件后，800nm以上的吸收和1000nm以上的NIR-II發射分別提高了41倍和26倍以上。全身血管的體內可視化和圖像引導的光療結果證明BT6 NP是NIR-II熒光成像和癌癥光熱療法的優秀試劑。本研究開發了一種策略，以構建具有精確操縱的抗菌性能的明亮NIR-II J聚集體，用于高效生物醫學應用。

1.簡介：

在過去的十年里，第二近紅外窗口（NIR-II，900-1700 nm）中的熒光生物成像由于其高分辨率、低組織自發熒光以及深組織穿透性，在生物醫學領域具有很大的前景。目前，許多NIR-II熒光材料，如量子點、碳納米管、稀土摻雜納米顆粒（NP）和有機小分子已經成功構建。其中，共軛小分子由于其*的生物相容性和強的近紅外（NIR）吸收，在體內醫學診斷和光療方面表現出非凡的優勢。然而，它們的實際應用往往因熒光亮度不令人滿意而受到阻礙。

與單體狀態相比，J聚集體顯示出紅移的吸收和發射帶，這可用于開發高效的NIR-II發射體。然而，大多數報道的熒光團在形成納米顆粒后顯示出H型或無序聚集，由于其剛性和平面分子結構，近紅外吸收和熒光性能減弱。只有少數類型的熒光團具有J型填充特性，如二吡咯甲ji硼（BODIPY）、花青、方胺和苝雙酰亞胺。最近，基于傳統的J型分子骨架開發了幾種NIR-II發射J聚集體。它們的吸收和發射帶紅移到更長的波長區域，這有利于體內生物成像。盡管如此，J-聚集體在NIR-II熒光成像中的廣泛應用受到J-型主鏈種類有限的阻礙。此外，由于難以避免的自猝滅效應，先前報道的NIR-II J聚集體的熒光產率對于實現有效的生物成像是不令人滿意的。因此，強烈需要開發用于NIR-II熒光成像的具有明亮熒光的新型J型發射材料。

自猝滅效應是影響近紅外熒光團成像性能的主要問題之一。例如，花青和方酸染料的斯托克斯位移通常低于100nm，這導致它們發射的光子的不可避免地被自吸收。此外，由于聚集引起的猝滅（ACQ）效應，許多報道的具有疏水性特征的NIR-II小分子在形成水分散性納米顆粒時往往顯示出嚴重降低的亮度。因此，開發具有抗猝滅能力的NIR-II熒光團對于實現高質量的體內生物成像具有重要意義。據我們所知，由于缺乏合適的分子主干和實現抗猝滅能力的問題，此類J聚集體尚未報道。

作為概念驗證，我們首先制備了苯并[c]噻吩（BT）基衍生物BT3，這在我們之前的研究中有報道。[47]由于強烈的電子推拉效應，它表現出強烈的di yi近紅外（NIR-I，700-900nm）吸收和NIR-II發射，斯托克斯位移為156nm。在水中形成納米聚集體后，BT3 NP在吸收和發射方面表現出有趣的紅移，說明了J聚集特性。然而，BT3單體的明亮熒光由于ACQ效應而被嚴重猝滅。然后，我們在苯并[c]-噻吩和BT3的二聚胺之間引入二甲基亞苯基，以產生具有較大結構畸變的BT6分子。由于延長的供體和增加的供體-受體（D-A）構象扭曲，分子內電荷轉移（ICT）效應大大改善，這將BT6的斯托克斯位移延長到326 nm（方案1）。在形成水分散性NP后，BT6 NP顯示出優選的J型聚集，其提供紅移吸收，并且808nm處的吸光度從其分離的分子增加了41倍。此外，由于聚集誘導發射（AIE）效應，NIR-II熒光增強了26倍，峰值從953 nm紅移到1054 nm。因此，我們的分子設計策略可以同時實現兩個目標：增加的斯托克斯位移和AIE效應，這可以有效地解決熒光團的自猝滅問題。同時，BT6NP在808nm激光照射下可產生大量活性氧（ROS）和放熱來用于癌癥光療。所開發的BT6 NP成功應用于全身血管的NIR-II熒光成像和成像引導的小鼠腫瘤光療。總之，本研究通過調節Stokes位移和聚集體的發射行為，構建了一個明亮的苯并噻吩J聚集體，用于體內NIR-II生物成像和癌癥熱分析，同時為合理設計具有抗猝滅性能的熒光團提供了范例。更重要的是，BT6分子是用一種新型的D-A配置的主鏈構建的，該主鏈賦予NIR-II發射體J聚集。這肯定會豐富J-聚集體庫，并激勵該領域的進一步發展。先前報道的NIR-II發射BT衍生物主要基于具有供體-受體-供體（D-A-D）構型的苯并雙噻二唑（BBTD）核（圖S1，支持信息）。相比之下，目前新開發的具有D-A配置的BT核心將為NIR-II發射器設計提供新的見解。

方案1. 用于光電療法的BT分子設計和J型BT6 NP的示意圖。a） BT分子的化學結構和相應的吸收/發射譜，顯示BT6分子在300nm以上的斯托克斯位移增加。b） BT NP的制備及其在聚集體中的排放行為。c） 通過Jablonski圖和體內NIR-II生物成像和成像引導的癌癥光療描述BT6單體和J聚集NP的光物理機制。Abs：吸收。Em：排放。ISC：系統間交叉。M：單體。J：J型骨料。FLI：熒光成像。PDT：光動力療法。PTT：光熱療法。

新分子BT6被設計為在BT3的二聚胺和苯并[c]噻吩之間具有鄰位二甲基亞苯基橋，以探索延伸供體鏈段和空間扭曲構象對光物理性質以及分子間相互作用的影響。支持信息中描述了BT6的合成。三芳基胺1是通過4-溴-2,3-二甲ji苯胺和4-碘甲苯的典型Pd催化的C-N鍵偶聯反應以65%的產率獲得的。在Pd（PPh3）2Cl2作為催化劑的存在下，1和2的Stille偶聯反應得到產物3，其用于原位制備錫基中間體4，方法是用四丁基氟化銨（TABF）處理以去除TIPS基團，然后加入n-BuLi進行去質子化，然后用Bu3SnCl進行錫基化。4和醛5之間的Stille偶聯反應得到醛6，醛6通過Kn?evenagel縮合進一步轉化為BT6。詳細的合成程序和結構特征見支持信息（圖S2-S5，支持信息）。BT3的合成過程和結構特征可以在以前的工作中找到。

首先對BT3和BT6分子進行密度泛函理論（DFT）和時間相關DFT（TD-DFT）模擬，以了解它們的光物理性質。圖1顯示了他們計算的zui gao占據分子軌道（HOMO）、zui di未占分子軌道（LUMO）和優化的幾何結構。在BT6中，HOMO定位在富電子的三芳基胺（TAA）供體上，LUMO分布在缺電子的受體上。相反，在BT3中，HOMO和LUMO電子密度分布在整個分子骨架上。BT6中D和A之間較大的空間位阻導致61.8°的大二面角和分離良好的邊界軌道。這些給出了0.35 eV的小ΔEst，這應該有利于提高其在光動力治療（PDT）中的性能（圖S6，支持信息）。此外，與BT3（信通技術的49%）相比，BT6擁有更高效的信通技術（占信通技術的93.6%）。因此，BT6在四氫呋喃（THF）中的斯托克斯位移為326 nm，比BT3（156 nm）大得多（圖S7，支持信息）。他們優化的基態（S0）和di yi單線態激發態。

圖1. BT分子的理論模擬。BT3和BT6分子的供體（紅色）-受體（藍色）結構以及相應計算的HOMOs/LUMO，HOMO的ICT百分比→LUMO躍遷，以及S0和S1狀態下優化的分子幾何結構與均方根位移（RMSD）之間的比較。（S1）幾何形狀也在圖1中進行了比較。在1.234和1.141的大均方根位移（RMSD）值的激勵下，有明顯的幾何變化? 分別用于BT3和BT6。這種幾何弛豫提供了用于在去激發時產生熱量的通道，這對于光熱治療（PTT）是有益的。

2.2 聚合狀態下的聚合行為

疏水分子通常被組裝成水分散性納米顆粒，以提高其膠體穩定性和體內循環時間。由于激子動力學的改變，最初的單體財產經常在共組裝時發生改變。因此，需要對聚集體的財產有一個清晰的了解，以便其進一步的生物醫學應用。為了研究BT3和BT6分子在聚集態下的熒光財產，測量了不同水含量（fw）的THF/水混合物的光致發光（PL）光譜。如圖2a和圖S8a（支持信息）所示，BT3在純THF中溶解時具有較強的發射。隨著fw從0%增加到60%，其發射強度略有上升。當fw進一步增加到70%及以上時，BT3的發射強度由于聚集體的形成而急劇降低，表明其ACQ特性。相比之下，BT6顯示出不同的發射行為，如圖2a和圖S8b所示（支持信息）。當BT6溶解在0-60%fw的THF/水混合物中時，它幾乎是不發射的，因為它以單體狀態存在，并且TAA轉子可以自由旋轉。有趣的是，發射強度隨著fw的進一步升高而增加，達到70%及以上。由于轉子整體旋轉的限制，熒光增強，證明了其AIE特性。從ACQ（BT3）到AIE（BT6）的熒光行為的改變有利于有效的體內生物成像。為了追溯這種變化的原因，對它們的分子結構進行了綜述。如圖1所示，BT3顯示D和a之間的二面角為36.5°。相比之下，BT6具有更長的主鏈和更扭曲的結構，TAA和BT基團之間的二面角為61.8°，兩個BT基團之間為42°。BT6中的這種扭曲結構是由于在亞苯基上引入了兩個甲基，這在很大程度上增加了分子內的空間位阻。扭曲的幾何形狀防止BT6在聚集時面對面π-π堆積，從而保留其NIR-II熒光。值得注意的是，盡管最近有幾篇關于在D-A-D型分子中將NIR-II排放從ACQ轉化為AIE的報道；到目前為止，還沒有關于簡單的D-A分子的這樣的報道。更有趣的是，值得注意的是，從未報道過對J聚集系統的聚集物排放行為的這種操縱。

為了更好地理解BT6分子的聚集行為，研究了BT6在不同fw的THF/水混合物中的吸收。如圖2b所示，當fw從0增加到99%時，BT6紅的吸收峰從627 nm移動到653 nm，在700 nm以上的區域出現吸收肩。結果表明，BT6單體形成J聚集體，在聚集體狀態下具有紅移吸收的特征。為了進一步闡明BT6的聚集特征，通過與美國FDA批準的Pluronic F127（聚環氧乙烷-聚環氧丙烷-聚環氧乙烷，PEO-PPO-PEO）共組裝來制備水分散性納米顆粒。這種共聚物輔助的納米組裝體可以增強體內生物相容性和腫瘤積聚。同時，還制備了BT6純膜和單晶，以全面研究其聚集財產。如圖2c所示，與THF中的游離BT6單體相比，吸收峰和發射峰都顯示出不同水平的紅移。NP的吸收zui da值移動到652nm，這與在THF/水混合物中形成的聚集體中觀察到的現象一致。該結果還表明BT6的這種J型聚集是相對穩定的，并且不受在聚集物中包括PEO-PPO-PEO的影響。BT6薄膜在687nm處具有更大的紅移吸收zui da值。來自NP分散體的發射顯示出類似的紅移。在固態發射中，晶體具有比膜態更長的波長PL峰值，這可能是由于其更規則的J型堆疊。BT6的這種紅移吸收和發射可以提供深層組織穿透、低組織損傷和改善體內應用的生物成像性能。

然后通過單晶結構分析研究BT6中的分子堆積模式（圖2d、圖S9和表S1，支持信息）。BT6單晶表現出三斜結構（空間群：P-1）。如圖2e和圖S10（支持信息）所示，BT6二聚體顯示出典型的滑移堆積，分子間距離為3.5?，滑移角為17°，小于J型填料所需的魔角54.7°。[16] BT6的計算靜電勢（ESP）圖表明，負π-電荷主要分布在氰基的氮原子上，而正π-電荷則主要分布在另一部分（圖2f）。此外，供體具有扭曲的結構，該結構具有大的空間位阻，因此不能容易地與相鄰分子包裝。因此，BT6傾向于通過靜電相互作用通過兩個單體的平面受體部分堆積在一起，產生BT6二聚體（圖2e）。對BT6晶體二聚體進行了進一步的理論計算，以探索分子間的相互作用。如圖2g和圖S11（支持信息）所示，相鄰分子主要通過晶體二聚體內的范德華力和空間效應相互作用。據我們所知，到目前為止，NIR-II發射J聚集染料都是基于三種傳統J型主鏈之一：花青、方堿或BODIPY（表S2，支持信息）。因此，值得注意的是，這項工作報道了一種新型的分子骨架，用于設計具有J聚集的NIR-II發射體。

2.3 BT NP的光物理性質

對BT3和BT6納米顆粒進行表征，以探索其光物理性質。如圖3a所示，BT3納米顆粒的尺寸為38納米，而BT6納米顆粒的大小為44納米，這也通過使用透射電子顯微鏡（TEM）得到了證實。它們相應的NP水分散體既透明又透明，說明它們具有良好的膠體穩定性。通過在室溫下記錄一個月的粒徑，進一步驗證了BT6 NP的膠體穩定性，結果表明，在整個測試期間，粒徑保持不變（圖S12，支持信息）。由于Pluronic F127共聚物的存在，BT3和BT6 NP都具有負ζ電位（圖S13，支持信息）。進一步表征了BT3和BT6 NP在水中的吸收光譜和熒光光譜。如圖3b所示，BT6分子顯示出比BT3分子更短的波長吸收，而它們的發射位于900nm以外的相同區域，這表明BT6分子的斯托克斯位移為326nm。與THF中的單體相比，BT3和BT6 NP的吸收和發射波長都顯示出明顯的紅移。特別是，在形成J型NP后，BT6在808nm處的吸收被有效地增強了~41倍，這有利于NIR 808nm激光激發。從單體溶液和相應的NP分散體之間的顏色變化也可以觀察到這些有趣的吸光度變化（圖S14，支持信息）。此外，BT3和BT6的發射峰在形成NP后都延伸到1050nm以上，這有利于體內生物成像。值得注意的是，BT6的斯托克斯位移在形成NP后增加到402nm，這可以zui da限度地減少熒光的自猝滅。先前報道的具有大斯托克斯位移的NIR-II發射器總結在表S3中（支持信息）。據我們所知，BT6 NP在具有明亮NIR-II熒光的有機分子中顯示出最長的斯托克斯位移。此外，BT6 NP作為自由分子重新溶解在THF中，以證明其在形成NP后的穩定性。如圖S15所示（支持信息），分解的BT6的吸收峰與THF中的游離BT6分子一致，驗證了其在NP制備過程中的化學特性不變。

圖3. BT NP的光物理財產。a） BT3和BT6 NP的尺寸分布。左側插圖：BT3和BT6 NP水分散體。右插圖：BT6納米顆粒的TEM圖像。比例尺：100納米。b） THF中BT3和BT6分子及其相應NP在水中的歸一化吸收和發射光譜。c） 具有不同長通（LP）濾光片的BT3 NP（100μg mL-1）、BT6分子（100μgmL-1）和BT6 NP（100微克mL-1）的NIR-II熒光圖像。激發源：808nm激光。d） NIR-II熒光強度與BT6 NPs濃度之間的定量關系（n=4）。插圖：不同濃度的BT6 NP的NIR-II熒光圖像。激發源：808nm激光。e） IR1061（在DCM中）、BT3分子（在THF中）、BT3 NP（在水中）和BT6 NP（在水中）在808nm處具有五個光密度（OD）值的積分光致發光（PL）強度的圖，以及它們相應的光致發光量子產率。f） 在808nm激光照射（0.33W cm-2）0至10分鐘（n=4）的情況下，水中BT6 NP和ICG的相對NIR-II熒光強度變化。插圖：具有不同照射持續時間的BT6 NP和ICG的NIR-II熒光圖像。g） 在808nm激光（0.1W cm-2）照射10分鐘下，水中BT6 NP和ICG的ROS產生。指示劑：DCFH。h） 不同濃度（0、30、60、90、120μg mL-1）的BT6 NP在808 nm激光（1 W cm-2）照射5分鐘后的紅外熱像圖。數據以平均值±標準偏差表示。

使用880和1000nm長通（LP）濾光片記錄BT3 NP、BT6分子和BT6 NP的熒光圖像，以研究成像性能（圖3c）。由于ACQ特征，BT3 NP在這兩種情況下幾乎沒有顯示熒光，而BT6 NP即使使用880nm和1000nm LP濾光片也具有強烈的聚集誘導熒光，證明了NIRII生物成像的潛力。如圖S16（支持信息）所示，BT在不同介質中的熒光性能沒有明顯變化。可能的原因是NP中的分子已經與聚合物基質組裝在一起，其中基質限制了分子的運動，避免了與周圍介質的接觸。在808nm激光激發下，進一步測量了不同濃度的BT6 NP分散體的發射強度（圖3d）。結果表明，BT6 NP的NIR-II熒光信號隨著濃度的增加而線性增加，說明了定量成像的能力。然后，通過將BT3和BT6材料的NIR-II光致發光量子產率（PLQY）與作為標準參考的IR1061材料（PLQY:1.70%在DCM中）進行比較來評估它們。如圖3e和圖S17（支持信息）所示，BT3在THF中顯示出1.88%的良好PLQY，而其在水中的NP由于猝滅效應而具有0.03%的非常低的PLQY。BT6分子在THF中的PLQY無法評估，因為其在808nm處的吸光度較差。相反，水中的BT6 NP在808nm激光激發下具有0.97%的高PLQY，這適合于體內生物成像。此外，通過使用吲哚菁綠（ICG，FDA批準的NIR熒光成像染料）作為808nm激光照射下的比較，研究了BT6 NP的熒光穩定性。如圖3f所示，BT6 NP的熒光強度在照射10分鐘后略有下降16.0%，而ICG僅在照射6分鐘后就迅速降解96.4%。結果表明，BT6 NP的光穩定性比臨床使用的成像染料好得多，這表明BT6 NP適用于體內生物成像。

由于BT6具有低ΔEST，它可能產生用于腫瘤PDT的細胞毒性ROS。使用2′，7′-二氯熒光素（DCFH）作為熒光探針，進一步評估了近紅外激活的BT6 NP的ROS產生。如圖3g和圖S18（支持信息）所示，BT6 NP在808nm輻射下具有良好的ROS生成，這是水中ICG的17倍。如圖3h和圖S19（支持信息）所示，BT6 NP在808nm激光激發下也表現出良好的光熱性能。當濃度為120μg mL-1時，NPs水分散體的溫度在照射5分鐘后迅速升高，達到約60℃的高溫，遠遠超過癌癥細胞壞死所需的溫度（42℃）。在水組中幾乎沒有溫度升高，這表明808nm的水的光的吸收是最小的，因此引起最小的組織損傷。BT6 NP的光熱轉換效率（PCE，η）進一步確定為36%（圖S20，支持信息），驗證了良好的光熱效應。表S4總結了BT3和BT6單體及其NP的關鍵光物理參數（支持信息）。利用飛秒瞬態（fs-TA）光譜測量方法研究了BT6的激發態動力學。BT6分子在THF中在580-620nm處的動力學曲線顯示，在13.9ps處有一個衰變組分（圖S21和表S5，支持信息）。這種相對短壽命的衰變分量與報道的非輻射衰變壽命相匹配。還研究了水中BT6 NP的fs-TA光譜（圖S22，支持信息）。聚集BT6分子后產生新的成分。其中，超快的兩種衰變（0.08ps和3.02ps）是非輻射衰變成分，屬于光熱效應。75.5ps的相對長壽命組分是1O2生成的熒光通道和三重態激發態，這在游離BT6分子中是不存在的。因此，分子的聚集產生了具有長壽命的新通道，用于產生NIR-II熒光和1O2。

此外，通過記錄加熱/冷卻循環，研究了BT6 NP的光熱穩定性。如圖S23（支持信息）所示，在5個輻照周期后，BT6 NP的溫度僅略有下降，而在相同條件下，ICG的溫度衰減嚴重。在一個月的儲存期內，BT6 NP的吸光度變化可以忽略不計，這也證明了長期儲存的穩定性（圖S24，支持信息）。許多報道的J聚集體僅在室溫下的特定溶劑環境中具有穩定性，并且可能在包括蛋白質在內的生理溶液中由于分子間相互作用或高溫而被破壞。因此，進一步研究了BT6 NP在Dulbecco改良Eagle培養基（DMEM）和人血清白蛋白（HSA）混合物中的穩定性。如圖S25（支持信息）所示，即使在37℃下孵育48小時，BT6 NP在DMEM/HSA混合物中的吸收也僅略有下降，證明了穩定的J型聚集。因此，這些結果表明，BT6-NP是一種*的光療劑，可用于進一步的體外試驗。

圖4. BT6納米顆粒的體外光療性能。a） 不同條件下4T1細胞中ROS生成的共聚焦熒光圖像。探針：DCFH-DA用于ROS染色，Hoechst 33342用于細胞核染色。比例尺：50μm。b） 不同處理后用鈣黃綠素AM和同二聚乙錠-1染色的A549細胞的共聚焦熒光圖像。比例尺：100μm。c） 4T1和d）A549細胞在808nm激光（1W cm-2）處理9分鐘（n=4）下的BT6 NP濃度依賴性生存能力。數據以平均值±標準差表示。

2.4 體外活性氧評價與抗癌性能

使用2，7-二氯二氫熒光素二乙酸酯（DCFH-DA）作為ROS探針檢測細胞內ROS的產生，同時用Hoechst 33342染料對細胞核進行染色。如圖4a和圖S26（支持信息）所示，僅PBS組、PBS+激光組和僅BT6 NPs組的4T1癌癥細胞沒有顯示ROS氧化的2'，7'-二氯熒光素（DCF）的綠色熒光信號，表明細胞內沒有ROS生成。相比之下，激光照射組的BT6 NP中的4T1細胞顯示出隨著照射時間的推移逐漸增加的綠色熒光。BT6 NP的細胞內ROS生成能力也在A549和Hela細胞中進行了評估，顯示出與4T1細胞系相同的結果（圖S27和S28，支持信息）。這些結果表明，BT6NP在激光照射下可以進入多種癌癥細胞并有效地產生活性氧。通過活/死細胞染色進一步研究BT6 NPs的抗癌性能，其中綠色鈣黃綠素AM染色活細胞的細胞質，而紅色乙炔同二聚體-1染色死細胞的細胞核。如圖4b所示，僅PBS組、PBS+激光組和僅BT6 NPs組的細胞質內觀察到亮綠色熒光，表明這些組沒有抗癌作用。相比之下，BT6 NPs+激光組的細胞核內觀察到亮紅色熒光，說明其具有優異的光動力和光熱抗癌性能。還使用4T1和A549癌癥細胞系進行了標準MTT檢測，以證明BT6 NPs的細胞殺傷性能。如圖4c所示，當在808nm激光照射下與50μg mL-1的BT6 NP孵育時，4T1細胞顯示出顯著降低的生存能力，降至約6%。相反，在僅BT6 NP組中，4T1細胞活力僅顯示出輕微下降至87%。同樣，BT6 NPs+激光組A549癌癥細胞的存活率也較低，而僅NPs組保持良好的細胞存活率（圖4d）。這些結果表明，BT6納米粒可用于不同癌癥細胞的近紅外光激活光療，具有低暗毒性，可用于生物醫學應用。

2.5 體內NIR-II熒光成像

圖5. 血管和腫瘤的體內NIR-II熒光成像。a） 使用BT6 NP進行全身血管成像，BT6 NP具有不同的高通濾波器和相應的半zui da全寬分析。激發源：793nm激光。比例尺：20mm。b）體內NIR-II熒光圖像和c）靜脈注射BT6 NP后4T1荷瘤小鼠在0、3、6、12、24、36、48、72、，和96小時。d）離體NIR-II熒光圖像和e）在注射BT6 NP后36小時從4T1荷瘤小鼠切除的不同器官和腫瘤的相應熒光強度（n＝3）。激發源：808nm激光。數據以平均值±標準差表示。

由于BT6 NP具有優異的NIR-II發射，因此使用InGaAs探測器進行全身血管成像以評估大深度成像性能。如圖5a所示，注射BT6 NP后，小鼠的血管可以被識別。值得注意的是，與使用900nm LP濾波器拍攝的成像圖像相比，使用1300nm和1100nm LP濾波器的成像圖像顯示出顯著改善的對比度和明顯減少的背景干擾。同時，繪制血管的NIR II熒光強度以展示橫截面強度分布。很明顯，半峰全寬（FWHM）從使用900nm LP濾波器的0.49mm減小到使用1300nm LP濾光片的0.38mm，驗證了通過使用更長波長成像增強的成像分辨率。

NIR-II熒光成像也可用于指導體內光療，以優化治療效果。如圖5b所示，在注射BT6 NP后的不同時間點收集4T1荷瘤裸鼠的體內NIR-II熒光圖像。腫瘤部位的熒光強度隨著時間的推移而增強，并在注射后36小時達到zui da值，這可以作為zui jia光療傳導時間點（圖5c）。此外，在注射后36小時從小鼠身上切除主要器官和腫瘤組織，以進行離體熒光成像。如圖5d和e所示，NIR-II熒光信號主要分布在肝臟和腫瘤組織中，表明BT6 NP可以在腫瘤部位積累。

2.6 體內光療療效

良好的體外實驗結果鼓勵我們通過使用BT6 NP進一步進行體內光療。通過使用靜脈注射BT6 NP的4T1荷瘤裸鼠，然后在注射后36小時進行808nm激光激發，來研究體內光治療性能。使用紅外熱成像相機記錄BT6 NP腫瘤部位的光致發熱。如圖6a和圖b所示，在5分鐘808nm光照射下，僅PBS組的溫度僅略有升高3.4°C。相反，在相同的處理條件下，BT6 NP組可以觀察到溫度迅速升高到50°C左右，這對于光熱處理來說足夠高。如圖6c、d和圖S29（支持信息）所示，由于光誘導的ROS和BT6 NP的發熱，BT6 NPs+激光組顯示出顯著的腫瘤去除效果。與PBS對照組相比，PBS+激光和僅BT6 NP組中的小鼠腫瘤顯示出相似的大小，這意味著僅激光治療或僅注射NP不能提供抗腫瘤效果。還通過測量從治療開始的腫瘤體積來記錄整個治療期。如圖6e所示，BT6 NPs+激光組小鼠的腫瘤生長在前兩天的光療治療后得到有效抑制，在接下來的12天內沒有明顯的復發。然而，PBS、PBS+激光和僅BT6 NP組中的腫瘤在整個兩周的治療期間顯示出持續生長。此外，每2天記錄不同組小鼠的體重，以研究治療的體內毒性。不同組的所有小鼠體重相似，在治療過程中略有增加，這在一定程度上意味著BT6 NP的生物安全性（圖6f）。

圖6. BT6 NP對4T1荷瘤小鼠的體內光療性能。a） 紅外熱圖像和b）在注射PBS或BT6 NP后36小時，用808nm激光照射不同時間的4T1荷瘤小鼠的相應溫度分布。激發源：808nm激光，1 W cm-2。c） 小鼠和d）不同治療組在第14天的腫瘤圖像。e） 不同治療組14天的腫瘤生長曲線（n=5）。f） 治療期間不同治療組的小鼠體重（n=5）。g） H&E和TUNEL染色。比例尺：200μm。數據以平均值±標準差表示。P值通過使用Tukey檢驗的單因素方差分析計算，*P<0.05，**P<0.01，***P<0.00

為了進一步研究治療的療效和生物相容性，系統地進行了組織學染色和血液分析。如圖6g所示，BT6 NPs+激光組的腫瘤組織蘇木精和伊紅（H&E）染色顯示，腫瘤細胞嚴重破壞，壞死明顯，這在其他組中沒有發現。末端脫氧核苷酸轉移酶dUTP缺口末端標記（TUNEL）結果進一步說明了BT6 NPs+激光組中癌癥細胞的明顯凋亡，這在其他組中沒有觀察到。這些結果證實了808nm激光照射的BT6 NP可導致嚴重的腫瘤細胞死亡。此外，還對用各種制劑處理的小鼠的各種器官（包括心臟、肝臟、脾臟、肺和腎臟）進行H&E染色。如圖S30（支持信息）所示，特定器官的所有染色組都顯示出相似的結果，反映出沒有明顯的器官損傷。最后，從四組小鼠中采集血液，進行血液生物化學和完整的血型分析。如圖S31（支持信息）所示，BT6 NPs+激光組的所有測量參數與其他組相比均無顯著差異，表明肝毒性和腎毒性可忽略不計。此外，兩組的完整血液參數也顯示出相似的結果，進一步驗證了BT6 NP的體內生物安全性（圖S32，支持信息）。

3.結論

總之，我們開發了一種新型的NIR-II放射J聚集納米粒子（BT6 NP），具有抗猝滅財產，用于高效的體內生物成像和癌癥光熱研究。分子設計策略可以同時實現大的斯托克斯位移和AIE效應。這兩個特征有效地解決了先前報道的NIR-II J聚集體的猝滅問題，并在BT6 NP中提供超過1050nm的明亮發射和402nm的大斯托克斯位移。此外，BT6NP還可以在808nm激光照射下產生ROS和熱量，用于癌癥光療。體內實驗全面證明BT6 NPs是NIR-II熒光成像和成像引導癌癥光療的優秀試劑。因此，本研究說明了具有精確調諧光物理財產的J聚集NIR-II發射器的設計范例。我們預計，這種策略將為構建用于生物成像應用的明亮NIR-II發射J聚集體鋪平道路。

參考文獻

Lee, K. W., Gao, Y., Wei, W. C., Tan, J. H., Wan, Y., Feng, Z., et al. (2023). Anti-Quenching NIR-II J-Aggregates of Benzo[c]thiophene Fluorophore for Highly Efficient Bioimaging and Phototheranostics. Adv Mater, e2211632. 

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