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南科大團隊 Chem. Mater.: 自組裝形貌提升半導體聚合物的余輝發光成像性能

2023-08-22 來源：高分子科技

基于有機半導體聚合物的納米材料目前被廣泛應用于生物成像和治療領域中，通常這些疏水性π-共軛材料被包覆雙親性聚合中共組裝成納米粒子（Pdots）使用。作為調整光電性能的重要因素，有機半導體聚合物的聚集形貌對于其生物診療效果會形成明顯的影響。然而，這種影響在前人的研究中很少被討論，這是因為在水相中精確控制半導體π-共軛聚合物的聚集形貌一直是一項重大挑戰。

圖1 通過合成PPV₈-b-POEGMA_n兩親性嵌段共聚物自組裝構筑半導體聚合物囊泡（SPVs）

近期，南方科技大學材料系田雷蕾團隊與化學系何鳳團隊合作，基于具有余輝發光的π-共軛半導體聚對苯撐乙烯（PPV）合成了一系列具有不同長度聚甲基丙烯酸寡聚乙二醇酯（POEGMA）鏈的雙親共聚物，并將其通過自組裝手段構筑了在水相中穩定存在且尺寸可控的超分子囊泡狀納米膠束（SPVs）（圖1）。特殊的囊泡形貌使疏水的共軛聚合物更容易接觸光和氧氣，從而改善了產生余輝發光的光反應動力學，這使得SPVs相較于傳統沉淀方法得到的Pdots的余輝發光的壽命（2.7倍）和強度（3.0倍）都得到了顯著的提高（圖2）。另一方面，囊泡形貌也表現出更長的血液循環時間和更高的腫瘤富集效果，具有更好的生物學應用性能。在兩方面雙重提升的作用下，在體內腫瘤成像時，SPVs余輝成像效果可以展示出比Pdots高4.7倍的強度和5.7倍的信噪比（圖3）。該工作以“Structural Morphology Changes the Fate of Semiconducting Polymers in Afterglow Luminescence Imaging”為題發表在《Chemistry of Materials》上（doi: 10.1021/acs.chemmater.3c01181）, 研究助理教授韓亮博士、博士后劉建華博士以及博士生魏子翔為共同第一作者，研究得到了國家自然科學基金委、深圳市科創委、廣東省催化重點實驗室、廣東省基礎與應用基礎研究基金委等的支持。

圖2 自組裝囊泡形貌增強的余輝發光性能及增強機理

圖3 SPVs相較于Pdots更好的體內腫瘤余輝發光成像效果

本工作是團隊近期關于精確高分子的合成與自組裝相關研究的最新進展之一。均一的囊泡納米自組裝結構的獲得來自于團隊前期基于PPV兩親性嵌段共聚物的有序自組裝過程的研究。在此之前，團隊通過控制共軛聚合物間的π-π相互作用與溶劑親疏作用的平衡，可控制備了從二維正方形（Nat. Commun. 2018, 9, 865; Mater. Horiz. 2022, 9, 2809–2817）或菱形膠束（CCS Chem. 2020, 2, 1399–1409）到一維圓柱體（Macromolecules 2021, 54, 5278– 5285）或纖維形貌（Small Methods 2020, 4, 1900470），乃至三維螺旋形貌（Macromolecules 2020, 53, 3217–3223）等多種規則均勻的自組裝結構。因此，得益于在水中自組裝制備了具有單分散尺寸和形狀的納米囊泡結構，合作團隊揭示了聚合物自組裝的自組裝形貌可以顯著影響其在體外和體內的余輝發光成像，為提高有機余輝半導體材料的成像能力提供了一種新的策略。

原文鏈接：https://doi.org/10.1021/acs.chemmater.3c01181

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（責任編輯：xu）

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