实验室冯光雪教授团队：非共轭侧链工程通过空间相互作用实现刺激响应型光动力治疗

光动力治疗（PDT）具有微创、时空可控和系统毒性低等优势，其核心在于光敏剂经光照激发后通过系间窜越（ISC）产生具有细胞毒性的活性氧（ROS）。目前，提高光敏剂 ISC和 ROS 产生效率通常依赖重原子引入、π共轭骨架调控或分子聚集方式改变，但这些策略往往需要直接改变光敏剂的共轭结构或聚集状态，限制了响应型光敏剂的分子设计自由度。因此，如何在不改变π共轭骨架和聚集模式的情况下，实现对光敏剂激发态过程和ROS产生的精准调控，成为光敏剂设计新的方向。

近日，华南理工大学发光材料与器件全国重点实验室冯光雪教授联合香港中文大学（深圳）唐本忠院士团队，利用非共轭侧链介导的分子内空间静电相互作用，构建了一种酸响应型苝二酰亚胺(PDI) 光敏剂，在不改变分子π骨架和聚集模式的条件下实现了调控了分子的系间窜越和ROS生成。该策略通过质子化的二甲胺侧链与PDI酰亚胺羰基之间的空间阳离子–羰基相互作用，重塑局部电子分布并显著降低单重态–三重态能隙，从而促进ISC并增强ROS生成；进一步构建纳米颗粒后，实现了酸性溶酶体增强的光动力治疗，有望为激活响应型光敏剂和精准光动力治疗提供新的分子设计策略。

光动力治疗中，光敏剂的系间窜越（ISC）效率直接影响活性氧（ROS）的产生，而传统调控策略主要依赖重原子引入、π共轭骨架改造或分子聚集调控。这些方法主要对分子的共轭结构和组装方式进行调控从而改变了分子的光物理性能。而本项研究提出了一种区别于传统的调控手段的利用非共轭侧链通过空间相互作用对分子光物理性能进行调控的新策略。

图1非共轭侧链工程通过空间相互作用实现刺激响应型光动力治疗示意图

在苝二酰亚胺的海湾位和酰亚胺位分别引入扭曲的三苯胺给体和可质子化的二甲胺侧链构建了AIE光敏剂PDI-DMA。酸性条件下，二甲胺侧链发生质子化，并与邻近的酰亚胺羰基形成空间阳离子–羰基相互作用，产生局部静电场，进而调节PDI核心电子分布、降低单重态–三重态能隙（ΔEST），促进ISC和ROS生成。PDI-DMA的ROS生成能力较烷基侧链对照物PDI-Bt提高超过一个数量级。通过分子对照、主客体屏蔽实验及理论计算，进一步验证了该空间静电相互作用在ROS增强中的关键作用。进一步将PDI-DMA制备成纳米颗粒后，其酸响应ROS特性得到保留，并可优先定位于细胞溶酶体，在荷瘤小鼠中表现出良好的光动力抗肿瘤效果。该研究揭示了非共轭侧链调控激发态过程的新机制，为刺激响应型有机光敏剂的设计提供了新的思路。

图2光敏剂的分子设计及性能表征

图3光敏剂的分子的空间作用酸响应行为探究

    相关研究成果以“Nonconjugated Side-ChainEngineering Enables Through-Space Interactions for Stimuli-ResponsivePhotodynamic Therapy”为题发表在Journal of the American Chemical Society上，其中通讯作者为冯光雪教授和香港中文大学（深圳）唐本忠院士，第一作者为葛子宁博士生。该研究工作得到了国家自然科学基金、广东省重点领域研发计划、广东省分子聚集体发光重点实验室基金等科研项目的资助。