材化学院卢华教授团队在Chem.Sci.上报道首个CT-CoupledJ-聚集体平台

近日，材化学院卢华教授/盖立志副教授课在氟硼染料J-聚集体设计方面取得新进展，相关研究成果以题为Rational design of CT-coupled J-aggregation platform based on Aza-BODIPY for highly efficient phototherapy发表于英国皇家化学会旗舰期刊Chemical Science上。

在近红外光诊断和纳米医学领域，近红外有机染料展现出了巨大的应用前景。J-聚集体作为一种构建近红外分子材料的超分子工程策略，通过分子沿偶极矩方向以滑移堆叠的方式积累，在长程库仑耦合的影响下，导致J-聚集体的吸收峰显著红移和谱带变窄，这些特性使得J-聚集成为构建高性能近红外分子材料的有力工具。然而，窄谱带吸收峰导致激光器波长和吸收峰之间的不完全匹配，降低光捕获能力，使得选择合适的激光器进行光疗变得困难。更为重要的是，目前缺乏通用的策略来构建J-聚集体平台，其设计仍然是一个重要挑战。

图1. 设计思路

针对上述问题，研究人员设计构建了电荷转移(CT)耦合型J-聚集体平台，CT耦合J-聚集策略充分利用短程CT耦合和长程库伦耦合，有效拓宽J-聚集峰，实现了吸收光谱显著红移且具有宽谱带特征。Aza-BODIPY作为一种新型的近红外功能染料，其母核是典型缺电子基团，噻吩是强富电子且3,5-位五元富电子环与母核有强电子耦合特征，1,7-位引入各种供电子取代基，由此形成的D-A-D结构均可形成CT-耦合型J-聚集，具有普适性（图1）。而当1,7位为吸电子基团，形成D-A-A结构时，发生H聚集。与单体相比，D-A-D结构化合物吸收光谱显著红移，且半峰宽FWHM大于200 nm。晶体堆积结构证实D–A–D策略可以促进分子J-聚集和分子间相互作用。经变温光谱测试计算表明，聚集体的形成具有较低的摩尔焓，表明具有较高的聚集倾向。

通过水溶性高分子包裹获得了具有良好的生物相容性、低毒性和高光热转换效率（66%）以及光声成像能力的纳米材料。随后，该材料用于光声成像指导的光热治疗，相较于对照组，该纳米材料在激光照射下能有效抑制肿瘤生长（图2）。

图2. BDP2 NPs用于荷瘤小鼠的成像与光热治疗

综上，研究人员设计了首个基于Aza-BODIPY的CT-coupled J-聚集体平台，其宽吸收光谱带解决了与激光器的匹配问题，提高了光捕获能力，实现了高效的光诊疗疗效。该研究为J-聚集体的设计提供了新策略，为探索用于生物光子学应用的有机近红外光热分子材料开辟了新途径。

材化学院2023届研究生吴圣梅、中国药科大学张文泽为论文第一作者，材化学院卢华教授、盖立志副教授和中国药科大学田蒋为研究员为共同通讯作者，杭州师范大学为第一完成单位。该成果得到南京大学郭子建院士的悉心指导和帮助。该论文成果接受国家自然科学基金、浙江省青年英才计划和杭州师范大学登峰工程等项目资金资助。

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