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近日，北京理工大學化學與化工學院博士后劉康蕾博士與醫學技術學院蔣振奇博士以及美國羅格斯大學(Rutgers University-Newark) Frieder J?kle教授等人開展合作，制備新型近紅外區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展。相關工作以“Near-Infrared-Absorbing B–N Lewis Pair-Functionalized Anthracenes: Electronic Structure Tuning, Conformational Isomerism, and Applications in Photothermal Cancer Therapy”為題，在國際頂級化學期刊《Journal of the American Chemical Society》上在線發表(DOI: 10.1021/jacs.2c06538)。該工作第一作者為北理工化學與化工學院劉康蕾博士，北理工化學與化工學院劉康蕾博士、北理工醫學技術學院蔣振奇博士、美國羅格斯大學Frieder J?kle教授為共同通訊作者, 北京理工大學為共同通訊單位。

相較于可見/紫外光，波長更長的近紅外光對生物組織具有更大的穿透深度，被稱為“生物光學窗口”，在生物醫學領域受到了廣泛關注。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化為熱能，有針對性地在局部觸發熱療導致腫瘤細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、長效、安全等特點，成為新型癌癥治療手段研究中的熱點，而開發具有近紅外吸收與高光熱轉化效率的新型光熱劑是實現光熱治療發展的關鍵。

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，硼氮鍵的引入導致電子結構發生重大變化，大幅度降低了HOMO-LUMO帶隙和顯著降低了LUMO能級，實現了硼氮稠合的二蒽基吡嗪的吸收紅移到近紅外區，有利于808nm激光照射下的光熱轉換（圖2）。得益于分子內電荷轉移、無熒光特性以及良好的光穩定性，4-Pf-NPs納米粒子能更高效地將光能轉換成熱能，展現出高達41.8%的光熱轉換效率（圖3）。體外和體內實驗都驗證了4-Pf-NPs對腫瘤細胞的良好生物安全性和出色的光熱治療效果（圖3-4）。

這項研究成功制備了硼氮稠合的二蒽基吡嗪化合物，展示了稠環芳烴的硼氮路易斯酸堿對功能化是一種開發新型高效光熱劑的新策略，促進了基于硼氮稠環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用。

圖2. 分子合成方法，晶體結構和紫外吸收光譜圖

圖3. 4-Pf-NPs的光熱性質表征及在體外的光熱治療效果研究

圖4. 4-Pf-NPs在體內的光熱治療效果研究

文章鏈接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.2c06538

附作者簡介：

劉康蕾，北京理工大學化學與化工學院“特立”博士后。2020年博士畢業于美國羅格斯大學，師從Frieder J?kle教授。2020年5月加入北京理工大學，主要研究方向為含硼小分子在生物醫學領域中的應用。目前在國際知名期刊上發表多篇學術論文，包括以第一/通訊作者在J. Am. Chem. Soc.期刊發表論文3篇，在Adv. Mater.期刊發表論文1篇，在Chem. Sci.期刊發表論文2篇，申請專利1項。主持國家自然科學基金青年項目和博士后科學基金面上項目。

蔣振奇，北京理工大學醫學技術學院博士后。2020年博士畢業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，主要研究方向為影像引導下的微創治療方法研究。目前以第一/通訊在Adv. Mater.、J. Am. Chem. Soc.、Nano Lett.等國際期刊發表論文30余篇，主持國自然青年基金，科技部重點研發子課題等多個項目。