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南科大團(tuán)隊(duì) Chem. Mater.: 自組裝形貌提升半導(dǎo)體聚合物的余輝發(fā)光成像性能
2023-08-22  來(lái)源：高分子科技

  基于有機(jī)半導(dǎo)體聚合物的納米材料目前被廣泛應(yīng)用于生物成像和治療領(lǐng)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(diào)整光電性能的重要因素，有機(jī)半導(dǎo)體聚合物的聚集形貌對(duì)于其生物診療效果會(huì)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?yàn)樵谒嘀芯_控制半導(dǎo)體π-共軛聚合物的聚集形貌一直是一項(xiàng)重大挑戰(zhàn)。


圖1 通過(guò)合成PPV8-b-POEGMAn兩親性嵌段共聚物自組裝構(gòu)筑半導(dǎo)體聚合物囊泡（SPVs）


  近期，南方科技大學(xué)材料系田雷蕾團(tuán)隊(duì)與化學(xué)系何鳳團(tuán)隊(duì)合作，基于具有余輝發(fā)光的π-共軛半導(dǎo)體聚對(duì)苯撐乙烯（PPV）合成了一系列具有不同長(zhǎng)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(guò)自組裝手段構(gòu)筑了在水相中穩(wěn)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(chǎn)生余輝發(fā)光的光反應(yīng)動(dòng)力學(xué)，這使得SPVs相較于傳統(tǒng)沉淀方法得到的Pdots的余輝發(fā)光的壽命（2.7倍）和強(qiáng)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(xiàn)出更長(zhǎng)的血液循環(huán)時(shí)間和更高的腫瘤富集效果，具有更好的生物學(xué)應(yīng)用性能。在兩方面雙重提升的作用下，在體內(nèi)腫瘤成像時(shí)，SPVs余輝成像效果可以展示出比Pdots高4.7倍的強(qiáng)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(fā)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(guó)家自然科學(xué)基金委、深圳市科創(chuàng)委、廣東省催化重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室、廣東省基礎(chǔ)與應(yīng)用基礎(chǔ)研究基金委等的支持。 


圖2 自組裝囊泡形貌增強(qiáng)的余輝發(fā)光性能及增強(qiáng)機(jī)理 


圖3 SPVs相較于Pdots更好的體內(nèi)腫瘤余輝發(fā)光成像效果


  本工作是團(tuán)隊(duì)近期關(guān)于精確高分子的合成與自組裝相關(guān)研究的最新進(jìn)展之一。均一的囊泡納米自組裝結(jié)構(gòu)的獲得來(lái)自于團(tuán)隊(duì)前期基于PPV兩親性嵌段共聚物的有序自組裝過(guò)程的研究。在此之前，團(tuán)隊(duì)通過(guò)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(guī)則均勻的自組裝結(jié)構(gòu)。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(jié)構(gòu)，合作團(tuán)隊(duì)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(nèi)的余輝發(fā)光成像，為提高有機(jī)余輝半導(dǎo)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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