本文要点：具有聚集诱导发光（AIE）特性的供体-受体-供体（D-A-D）型小分子化合物是近红外二区荧光成像（NIR-II FLI）引导肿瘤光热治疗（PTT）的理想候选材料。虽然三苯胺与四苯乙烯类似物常被用作电子供体，但其存在给电子能力有限或AIE性能欠佳等缺陷。本研究提出了一种分子设计新策略：在结构扭曲的D-A-D框架中引入π共轭平面电子供体，成功开发出性能优化的AIE型NIR-II探针。在合成的分子中，采用富电子TIT供体的BBT-TIT同时展现出高摩尔消光系数（ε = 2.352×10⁴ M⁻¹ cm⁻¹）和显著聚集诱导发光特性（αAIE = 4.5）。值得注意的是，当其制备成水溶性纳米颗粒（BBT-TIT NPs）后，该材料不仅呈现明亮的NIR-II荧光（发射峰1068 nm，水中量子产率1.85%），还具有高效光热转换性能（转换效率η=53.44%）。活体实验证实，该纳米颗粒能实现小鼠高对比度NIR-II荧光血管造影与肿瘤成像，并通过显著的光热效应实现肿瘤消融。本研究证明，将特定平面电子供体与扭曲D-A-D结构相结合，可为开发NIR-II荧光成像引导光热治疗的新型AIE活性剂提供重要设计思路。

方案1. 分子设计示意图和用于荧光光声双峰成像引导协同光疗的高性能AIE型D-A-D小分子

本文提出一种将平面供体与核心受体结合的设计策略，构建扭曲的D-A-D构型分子。这种方法理论上可在单一分子骨架上同时优化两个关键特性：(1)通过构象限制分子内旋转实现强AIE驱动的近红外二区发射；(2)通过增强光吸收和非辐射能量耗散获得高效光热治疗效果。作为概念验证，设计合成了三种含平面供体的AIE型D-A-D小分子以增强近红外二区荧光和光热性能（方案1）。

方案2. BBT-IT、BBT-DID、BBT-TIT的合成路线

如方案2所示，三种不同平面电子供体（IT、DID和TIT）共价连接到电子受体BBTD上。研究发现这些分子（BBT-IT、BBT-DID和BBT-TIT）具有高摩尔消光系数、扭曲分子几何构型和显著的AIE特性（αAIE>4.5）以及近红外二区发射。其中含最强给电子TIT基团的BBT-TIT在S0态表现出更大的计算二面角，具有最高摩尔消光系数（2.352×10⁴ M⁻¹ cm⁻¹）、最亮近红外二区荧光（量子产率1.85%），其纳米颗粒（BBT-TIT NPs）的光热转换效率达53.44%。凭借这些优势，BBT-TIT NPs成功应用于活体肿瘤的近红外二区荧光成像和光热治疗。

图1. BBT-IT、BBT-DID、BBT-TIT的理论计算

尽管许多已报道的具有D-A-D结构的近红外二区聚集诱导发光（AIE）荧光团采用扭曲构象（通常以TPA或TPE类似物作为电子供体来限制聚集态下的分子内旋转），但如何同时优化这些体系的强AIE效应和理想光物理特性（如吸收波长、摩尔消光系数、光热转换效率）仍是研究热点。常见问题在于，传统扭曲供体可能导致近红外二区应用的吸收特性欠佳。本研究探索了一种通过优化π共轭电子供体来提升近红外二区AIE荧光团性能的策略。如方案2所示，本文将三种具有相对平面共轭结构的电子供体——IT、DID和TIT与已知能诱导骨架扭曲的核心受体（BBTD）偶联。假设这种平面供体与扭曲D-A-D框架的整合，可在保留受体核心赋予的构象扭曲（呈现AIE特性）的同时，发挥供体的电子特性优势。通过取代反应先将供体化合物（IT、DID、TIT）转化为相应的锡烷中间体（IT-Sn、DID-Sn、TIT-Sn），再与受体BBTD进行钯催化Stille偶联反应，最终获得目标化合物（BBT-TIT、BBT-DID、BBT-IT）。

通过密度泛函理论（DFT）计算分析了BBT-IT、BBT-DID和BBT-TIT的电子结构与分子几何构型。如图1所示，三者最高占据分子轨道（HOMO）主要分布在整个共轭骨架上，而最低未占分子轨道（LUMO）则集中在缺电子受体单元上。计算得到的HOMO-LUMO能隙分别为：BBT-IT 1.26 eV、BBT-DID 1.35 eV、BBT-TIT 1.34 eV，这些较小的能隙表明其具有显著的分子内电荷转移（ICT）特性和近红外二区发射潜力。其中BBT-IT的能隙最小。优化后的S0几何构型显示，三个分子均呈现明显扭曲构象：BBT核心（BBTD）与噻吩间隔基的二面角分别为BBT-IT 51.4°/52.4°、BBT-DID 56.7°/49.3°、BBT-TIT 50.1°/50.1°。这种扭曲共轭骨架有助于抑制聚集态下的强分子间π-π相互作用，从而提升近红外二区荧光性能。此外，噻吩间隔基与各电子供体间的二面角分别为BBT-IT约7.3°/7.1°、BBT-DID 30.5°/26.5°、BBT-TIT 0.93°/5.5°，这些差异反映了IT、DID和TIT供体单元在连接位点产生的不同空间位阻与电子效应，尽管它们整体保持平面核心结构。

图2. 光物理性质与聚集行为研究

为评估BBT-IT、BBT-DID与BBT-TIT在四氢呋喃（THF）中的物理化学性质，研究者对它们进行了系统的光学表征。如图2a所示，合成的荧光团在有机溶剂THF中均展现出良好溶解性，形成均匀的绿色溶液。这些AIE型D-A-D小分子在THF中的吸收光谱显示（图2b）：BBT-IT、BBT-DID与BBT-TIT的主要吸收峰分别位于745 nm、731 nm和732 nm。其中，BBT-IT由于具有最小的计算HOMO-LUMO能隙（ΔE = 1.26 eV，图1a），表现出最显著的红移吸收特征。通过测定最大吸收波长处的摩尔消光系数（ɛ），发现三者数值分别为：BBT-IT 1.320×10⁴ M⁻¹ cm⁻¹、BBT-DID 1.665×10⁴ M⁻¹ cm⁻¹、BBT-TIT 2.353×10⁴ M⁻¹ cm⁻¹。BBT-TIT显著更高的ɛ值表明，相较于IT和DID供体结构，TIT供体的结构特征特别有利于增强近红外二区荧光团的光捕获能力。荧光发射光谱表明（图2c）：所有三种荧光团在THF中的发射谱带均延伸至近红外二区，尾端可达1500 nm。值得注意的是，在稀释的THF溶液中，BBT-DID在最大发射峰（约1100 nm）附近的荧光强度最高，分别达到BBT-IT的1.5倍和BBT-TIT的2.1倍（图2d）。这说明在DID电子供体侧链引入己基苯基，能有效增强溶解状态下的辐射衰减途径。

随后通过在THF-水二元溶剂中调节水体积分数（fw），系统评估了三者的AIE特性。以BBT-TIT为例（图2e），当fw从0%增至95%时，中心吸收峰发生约50 nm的显著红移，表明聚集时存在明显的分子间相互作用。BBT-IT与BBT-DID也观察到类似的吸收红移。三者的近红外二区荧光强度变化呈现出典型AIE行为：当fw从0%增至20%时略有下降（归因于水分子的TICT效应）；当水分数继续提升至90%时，荧光强度显著增强（图2f,g）。同时计算得到三者的αAIE值分别为：BBT-IT 4.2、BBT-DID 2.5、BBT-TIT 4.5。当水分数达到90%时，BBT-IT、BBT-DID与BBT-TIT的荧光成像强度分别增强3.5倍、4.2倍和5.1倍（图2h）。这些现象共同证明了分子内运动的显著受限，从而呈现出典型的AIE特征。通过动态光散射（DLS）测试证实了高水含量下纳米聚集体的形成。在纯THF溶液中测得的流体动力学直径较小：BBT-IT 6.58 nm、BBT-DID 6.97 nm、BBT-TIT 7.39 nm。与之形成鲜明对比的是，当水分数增至90%时，直径分别扩大至113.60 nm（BBT-IT）、143.35 nm（BBT-DID）和151.93 nm（BBT-TIT），证实形成了大量聚集体（图2i）。这些结果不仅证明了三种分子显著的AIE效应，更凸显了通过特定平面电子供体结构（IT、DID和TIT）与合适受体核心的精准组合，可有效调控D-A-D型近红外二区荧光团的分子内运动行为与AIE特性。

图3. 纳米颗粒的光物理性质研究

为评估这些荧光团在生物应用相关的含水环境中的性质，并进一步研究它们在聚集状态下的行为，研究者采用纳米沉淀法制备了水溶性纳米颗粒。通过使用两亲性共聚物DSPE-PEG2000作为基质，分别封装了BBT-IT、BBT-DID与BBT-TIT三种分子，最终获得的纳米颗粒分散液（分别为BBT-IT NPs、BBT-DID NPs和BBT-TIT NPs）均呈均质状态，外观为绿色溶液（图3a）。与相应的THF溶液相比，纳米颗粒的吸收光谱出现轻微红移：BBT-IT NPs、BBT-DID NPs与BBT-TIT NPs的最大吸收峰分别位于779 nm、777 nm和778 nm（图3b）。这些纳米颗粒的近红外二区荧光光谱均覆盖近红外二区窗口，发射峰位于1060 nm附近（图3c），表明它们适用于活体近红外二区荧光成像。通过分析相同浓度下分散液的荧光成像（图3d），发现BBT-TIT NPs产生的图像亮度最高，其信号强度分别约为BBT-IT NPs和BBT-DID NPs的1.6倍和1.3倍。以二氯乙烷中的IR-26（量子产率0.5%）作为参考标准，测得水相中纳米颗粒的光致发光量子产率（QY）分别为：BBT-IT NPs 1.65%、BBT-DID NPs 1.66%、以及BBT-TIT NPs 1.85%（图3e）。这些结果表明，在纳米颗粒剂型中，BBT-TIT NPs展现出最明亮的近红外二区发射和最高的量子产率。动态光散射（DLS）测量显示，制备的纳米颗粒流体动力学直径分别为：BBT-IT NPs 67.28 nm、BBT-DID NPs 80.14 nm和BBT-TIT NPs 75.14 nm（图3f）。透射电子显微镜图像显示出相对均匀的球形形态，三种纳米颗粒的平均直径基本分布在60-120 nm范围内（图3g-i）。此外，这些纳米颗粒在PBS溶液中储存15天后，尺寸未发生显著变化，表明其具有良好的胶体稳定性。

图4. 纳米颗粒的光热行为研究

鉴于它们在近红外二区具有优异的吸收特性，研究者进一步研究了这些纳米颗粒在水溶液中被915 nm激光照射时的光热性能（图4a）。以纯水为对照，含BBT-IT NPs、BBT-DID NPs和BBT-TIT NPs（0.1 mg mL⁻¹）的溶液在照射6分钟后，温度分别升高至63.8℃、58.2℃和69.0℃（图4b）。在不同纳米颗粒浓度和激光功率密度下记录的温度变化曲线证实了光热效应与浓度和功率密度之间的正相关性（图4c,d）。基于冷却曲线计算得到BBT-IT NPs的光热转换效率为63.95%，BBT-DID NPs为48.75%，BBT-TIT NPs为53.44%（图4e）。值得注意的是，BBT-TIT NPs表现出出色的光热稳定性，在五次激光开关循环后，达到的最高温度变化可忽略不计（图4f）。本文还评估了先导候选材料BBT-TIT NPs用于光声成像的潜力。它们能够产生强烈的近红外二区光声信号，且表现出优异的浓度依赖性（图4g,h），表明其适合作为近红外二区光声成像的对比剂。在这三种材料中，BBT-TIT NPs展现出最具优势的性能，包括其在纳米颗粒状态下的最高量子产率、光照下的显著升温、良好的光热稳定性以及有效的光声信号产生能力。这些特性使得BBT-TIT NPs成为后续活体成像与治疗研究中极具前景的多功能制剂。

图5. BBT-TIT NPs的体外细胞抗肿瘤治疗研究

为评估BBT-TIT纳米颗粒的体外抗肿瘤效果，本文采用4T1小鼠乳腺癌细胞系进行了实验。为通过共聚焦激光扫描显微镜观察细胞摄取情况，采用纳米沉淀法将荧光染料异硫氰酸荧光素（FITC）与BBT-TIT共同封装在DSPE-PEG2000基质中制备纳米颗粒。如图5a所示，在4小时孵育后，4T1细胞质内可观察到与FITC相对应的亮绿色荧光，这表明纳米颗粒具有有效的内化能力。接着通过标准MTT法评估了BBT-TIT纳米颗粒的细胞毒性。在没有激光照射的情况下（图5b），即使在100 µg mL−1浓度下，细胞存活率仍保持较高水平（≈96%）。该结果表明纳米颗粒本身具有良好的生物相容性。然而当使用915 nm激光（1.0 W cm⁻²，持续6分钟）照射时，观察到显著的剂量依赖性光毒性：细胞存活率随纳米颗粒浓度增加而急剧下降，在100 µg mL−1时降至约9.1%（图5b），证明了BBT-TIT纳米颗粒在体外具有强效的光热治疗作用。

使用钙黄绿素AM（将活细胞染成绿色）和碘化丙啶（PI，将死细胞染成红色）进一步观察光热杀伤效果。如图5c所示，对照组细胞（未处理）、单独激光照射的细胞，以及仅用BBT-TIT纳米颗粒孵育但未照射的细胞都显示出主要为绿色荧光，证实了所用激光功率及纳米颗粒本身的低毒性。与此形成鲜明对比的是，经BBT-TIT纳米颗粒（100 µg mL−1）孵育并随后暴露于915 nm激光照射的4T1细胞呈现出大范围的红色荧光，表明光热治疗导致广泛的细胞死亡。经BBT-TIT纳米颗粒加激光处理的组别显示出最高的凋亡和坏死细胞比例，达到约90%（图5d）。这些综合的体外实验结果有力表明BBT-TIT纳米颗粒在活体中具有实现有效光热治疗的潜力。

图6. BBT-TIT NPs的体内抗肿瘤治疗研究

就体内近红外二区荧光及光声成像而言，将BBT-TIT纳米颗粒（浓度830 µm，体积150 µL）经静脉注射入荷4T1肿瘤的小鼠体内。注射前，肿瘤区域和血管中的基线近红外二区荧光和光声信号均极微弱（图6a-d）。注射后，在近红外二区荧光图像中最早于注射后6分钟就观察到腹部和后肢血管的清晰显影（图6e,g），计算得到的信背比分别为18.09和14.36（图6f,h），证实了BBT-TIT纳米颗粒在高对比度血管成像中的应用价值。注射后6小时肿瘤区域开始出现明显的近红外二区荧光信号，并逐渐增强，在注射后12小时达到峰值（图6a,b），这表明BBT-TIT纳米颗粒通过增强渗透滞留效应）在肿瘤内实现了有效的富集。注射24小时后肿瘤荧光信号逐渐减弱，推测是纳米颗粒代谢清除所致。同样地，肿瘤组织中的光声信号也持续增加，在注射后12小时达到最大值（图6c,d）。

图7. BBT-TIT NPs体内光热治疗研究

接着通过近红外二区荧光/光声双模态成像引导评估了其体内抗肿瘤疗效。在静脉注射BBT-TITNPs 12小时后，对荷4T1肿瘤小鼠的肿瘤区域进行915 nm激光（1.0 W cm⁻²，6分钟）照射。实时温度监测显示，经BBT-TIT NPs处理的组别肿瘤区域温度在6分钟内从约29°C迅速升至63°C（图7a,b），证明该纳米颗粒在体内具有高效光热转换能力；而在相同照射条件下，注射PBS的对照组仅出现轻微温升（≈10°C）。为评估长期疗效，将荷瘤小鼠随机分为三组：（1）对照组（注射PBS）；（2）仅纳米颗粒组（注射BBT-TIT NPs但不照激光）；（3）纳米颗粒+激光组（注射后12小时进行激光照射）。每两日监测肿瘤体积与小鼠体重，持续15天。治疗期间三组小鼠体重均无显著差异，表明其系统毒性较低（图7c）。对照组与仅纳米颗粒组的肿瘤生长趋势相似且持续进展，但纳米颗粒+激光组的肿瘤生长在整个观察期间均受到显著抑制（图7d），展现出强效的光热治疗作用。在研究第15天处死小鼠并切除肿瘤称重，光热治疗组明显更小的肿瘤重量进一步证实了治疗效果（图7e,f）。

本研究成功合成了三种具有聚集诱导发光活性的近红外二区发射D-A-D小分子（BBT-IT、BBT-DID和BBT-TIT），其通过将不同π共轭平面电子供体（IT、DID、TIT）与电子受体BBT偶联构建而成。该分子设计策略可实现关键光物理性质的精准调控：平面供体的选择影响HOMO-LUMO能隙，从而调节吸收波长并显著影响摩尔消光系数。其中，BBT-TIT在制备成纳米颗粒后展现出特别优越的综合性能，包括高摩尔消光系数（ɛ = 2.352 × 10⁴ M⁻¹ cm⁻¹）、显著的AIE行为（αAIE = 4.5）、水中显著的近红外二区荧光发射（量子产率=1.85%）以及高效的光热转换效率（η=53.44%）。凭借这些优异的光热特性，BBT-TIT NPs在915 nm激光照射下对4T1癌细胞产生强效体外细胞毒性，在荷瘤小鼠体内实验中实现血管与肿瘤组织的高对比度近红外二区荧光/光声双模态成像，并在光热治疗后实现有效的肿瘤消融。这项工作表明，在适当扭曲的D-A-D分子结构中整合经过精选的平面电子供体，对于开发近红外二区荧光成像与光热治疗联用的高性能试剂具有显著效果，为合理设计下一代光热诊疗材料提供了重要参考。

参考文献

Yu Z, Sun Y, Hu Z, et al. Donor Planarity‐Induced Molecular Twist in Donor‐Acceptor‐Donor AIEgens for Efficient NIR‐II Fluorescence and Photothermal Therapy[J]. Small, 2025: 2504652.

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