本文要點：熒光超分子籠因其在分子傳感、發光材料和生物系統中的廣泛應用而引起了重大的科學興趣。然而，構建具有可調發射行為的這種組裝體，以實現高性能的生物成像應用仍然具有挑戰性。本文中，作者開發了一種通用且簡單的方案，通過使用“供體-受體-供體（D-A-D）"加合物作為構建塊，來制定具有聚集誘導發光（AIE）傾向的超分子籠。成功制備了一系列可調熒光從紅色到第二近紅外（NIR-II）區域的盒狀籠MA-MG。值得注意的是，MG的發射峰位于981 nm處，表現出迄今為止罕見的NIR-II發射超分子籠的特性，而籠載納米顆粒MGNPs在NIR-II區域具有高絕dui量子產率，使其在血管成像中表現良好。

傳統的AIE性質的超分子籠大多以四苯乙烯（TPE）衍生物為構建模塊，發射波長主要位于藍光或黃光區域（400-600 nm），組織穿透深度低，在活體生物應用方面受到極大的限制；并且傳統的AIE超分子籠仍然缺乏一種通用而簡單的策略來微調節AIE籠的發射波長。

本文中開發了一種新的方案（Scheme 1），通過使用“供體?受體?供體（D-A-D）"加合物制備箱型結構的AIE超分子籠MA-MG。利用電子給體-受體（D-A）相互作用的高強度和可調節性，對配體A-G的電子受體進行微調，實現了熒光波長從可見紅光到近紅外二區（Near-infrared-II, NIR-II）的調節，其中MG的max發射波長達到981nm。并且超分子籠負載的納米顆粒MGNP在NIR-II區域具有高達 1.3% 絕dui量子產率，在血管成像中表現良好。

方案1.（a）由前體A-G、TPTC和Pt(PEt3)2(OTf)2的自組裝構建籠狀物MA-MG的示意圖。（b）由MG制備籠狀物負載的MGNP及其在活體小鼠血管成像中的應用。

作者以三苯胺?受體?三苯胺骨架作為構建模塊，三苯胺部分用四個吡啶修飾形成四臂配體，用作電子供體和分子轉子，保證了其AIE性質。配體A-G通過Suzuki/Still偶聯反應合成，通過提高受體的吸電子能力，A-G表現出逐漸紅移的吸收和熒光。然后利用四吡啶配體A-G、四羧酸配體TPTC和90°Pt受體的配位驅動自組裝制備了超分子籠MA-MG。

隨后作者進行了多核1H和31P NMR分析、電噴霧電離飛行時間質譜（ESI-TOF-MS）和X射線衍射來表征這些籠。如Figure 1a-b所示，籠狀物MA-MG的1H 和31P NMR光譜結果均符合離散超分子籠的形成。在ESI-TOF-MS光譜中，可觀察到與具有不同電荷態（6+、5+和4+）的物種相對應的主要峰組，每個峰的同位素分辨率與模擬模式一致（Figure 1c）。X射線衍射結果表明ME采用四方棱柱構象，類似傾斜的盒形（Figure 1d）。以上的綜合結果有力地證明了離散多組分超分子籠的成功構建。

Figure 1.（a）CD3CN中籠狀MA-MG的部分1H NMR光譜（400 MHz，298 K）。（b）CD3CN中籠狀物MA-MG的31P NMR譜（162MHz，298K）。（c）ME的ESI-TOF-MS光譜。（d）籠ME的頂視圖（左）和前視圖（右）的晶體結構。為清楚起見，省略了抗衡離子和溶劑分子。

接著作者進行了配體和籠的光物理性質研究。發現與配體A-G相比，MA-MG的吸收峰表現出輕微的藍移（約5-20 nm），發射max波長則與A-G幾乎相同（Figure 2a-b）。其中MG的發射zui gao波長集中在981nm，相對量子產率（QY）為2.6%（IR26作為參考，QY=0.5%），是迄今為止罕見的具有NIR-II發射的超分子籠。盡管不同籠的PL強度比各異，但隨著二甲基亞砜/甲苯混合物中甲苯含量在一定范圍內的增加，可觀察到所有分子籠的熒光強度均顯著增強，顯示出顯著的AIE特性（Figure 2c-d）。

Figure 2.（a）籠MA-MG的歸一化吸收光譜及在室內燈光下拍攝的照片。（b）籠MA-MG的歸一化發射光譜。（c）MG在含有不同的甲苯含量（?T）的二甲基亞砜/甲苯混合物中的發射光譜。（d）不同?T條件下籠型MA-MG的PL強度變化（I/I0）。

籠狀物MA-MG表現出的可調節熒光和顯著的AIE性質激勵了作者繼續研究它們在生物成像中的應用。作者選擇了在三個不同區域（紅色、NIR-I和NIR-II區域）具有發射max值的籠MA、ME和MG，為了使疏水籠在水溶液中具有良好的分散性和穩定性，使用兩親性聚合物mPEG-PLGA結合籠形成納米顆粒（NP）。

如Figure3a所示，MANP、MENP和MGNP顯示出單峰峰分布，通過動態光散射（DLS）確定的平均流體動力學直徑分別為55、80和50nm，透射電子顯微鏡（TEM）圖像結果也與DLS結果相當。MANP、MENP和MGNP的吸收分別顯示出輕微紅移（Figure 3b）；而發射波長與CH3CN溶液中的對應物相比藍移（Figure 3c）。MGNP的相對QY為6.6%，絕duiQY為1.3%，具有優異的光穩定性（Figure 3d-f），這表明MGNP在NIR-II成像中有著巨大潛力。1000、1100、1200nm長波通（LP）濾光片下，均可觀察到MGNP的明亮發射，在1000nm LP濾光片下可見MENP的發射光。MGNP在使用雞胸肉材料的實驗中表現出高達6mm的穿透深度，且顯示出濃度依賴性熒光增強（Figure 3g-i）。

Figure 3.（a）DLS結果及MGNP的TEM圖像。（b）MANP、MENP和MGNP的歸一化吸收光譜。（c）MANP、MENP和MGNP的歸一化發射光譜。（d）使用IR26作為參考的MG和MGNP（850?1550nm）的相對量子產率。（e）ICG和MGNP在連續808nm激光照射（0.8W/cm2）下的吸收強度（A/A0）的變化。（f）使用積分球計算MANP、MENP和MGNP的絕dui量子產率。（g）MANP、MENP和MGNP的不同LP濾波器下的NIR-II熒光信號的比較。（h）使用不同厚度的雞胸肉檢測MGNP（1.5mM）的穿透深度。（i）不同濃度下MGNP的NIR-II熒光信號的比較。

受上述結果的啟發，作者繼續使用MANP、MENP和MGNP進行了體內生物成像。通過尾靜脈注射MANP和MENP，僅觀察到模糊的圖像，血管和其他組織無法清晰呈現（Figure 4a）。而小鼠的血管在注射MGNP后立即亮起，整個血液循環系統可以清晰可見，可見NIR-II區間生物成像的*性。同時，較長LP濾波器處理的MGNP熒光信號表現出較高的空間分辨率，使用波長較長的濾波器，血管圖像的信噪比（SBR）顯著增加，血管的半峰全寬（FWHM）也變得更窄（Figure 4b）。

Figure 4.（a） MANP、MENP和MGNP在納米顆粒處理5分鐘和1小時后的體內生物成像能力的比較（MANP，激發波長Ex: 465nm，發射波長Em: 600nm；MENP，Ex: 605nm，Em: 760nm；MGNP，Ex: 808nm，Em: 1300nm LP濾光，曝光時間300ms）。（b）在不同LP濾光器下用MGNP處理的活體小鼠內血管的全身NIR-II熒光成像，以及沿著（b）中的紅色虛線的相應橫截面熒光強度分布。下圖中的紅色曲線表示數據的高斯擬合。比例尺：1cm。

作者還使用不同的LP濾光片研究了MGNP處理的活體小鼠大腦、后肢、爪子和耳朵的血管成像。結果顯示1300和1400 nm LP濾光片處的熒光信號也具有zui gao的SBR和最小的FWHM，與全身成像的結果一致（Figure 5a-c）。并且小鼠的腦血管系統通過完整的頭皮和頭骨清晰可見，這表明其在監測腦血管疾病方面的應用可能性。主要血管的熒光信號和SBR隨著時間的推移逐漸減少，肝臟區域的熒光信號升高，表明MGNP可能在肝臟代謝（Figure 5d-e）。

Figure 5. 用MGNP處理的活小鼠的NIR-II熒光成像。（a）大腦、（b）后肢和（c）爪子在不同LP濾鏡下的熒光圖像以及帶有紅線的高亮血管的相應熒光強度分布（808nm激光照射，1300nm LP濾光，曝光時間300ms；1400nmLP的500ms曝光時間）。（a）、（b）和（c）中的比例尺分別為0.5、0.5和0.33cm。（d）注射MGNP后不同時間點小鼠的熒光圖像。（e）標記血管的SBR隨時間的相應變化（808nm激光照射，1300nmLP濾光，曝光時間300ms）。位置1和2在（d）中用紅線標記。比例尺：1cm。

最后，作者對納米顆粒的生物安全性進行了系統評價。MANP、MENP和MGNP對正常HUVEC、3T3和HT22細胞沒有顯示出明顯的細胞毒性（Figure 6a），低溶血率也表明納米顆粒顯示出良好的血液生物相容性（Figure 6b, e）。主要器官、肝腎功能的蘇木精和伊紅（H&E）染色以及全血細胞分析的結果顯示，這些納米顆粒對正常器官和組織具有較低的系統毒性（Figure 6c-d, f）。

總之，本研究成功地開發了一種通用而簡單的策略來構建具有可調熒光的AIE活性超分子籠，構建了發射波長到達NIR-II區域的AIE超分子籠的模塊化，不僅為構建熒光超分子籠開辟了一條新的途徑，也將推動超分子治療學的發展。

參考文獻

Qin, Y.; Li, X.; Lu, S.; Kang, M.; Zhang, Z.; Gui, Y.; Li, X.; Wang, D.; Tang, B. Z., Modular Construction of AIE-Active Supramolecular Cages with Tunable Fluorescence for NIR-II Blood Vessel Imaging. ACS Materials Letters 2023, 1982-1991.

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