具有第二近红外聚集诱导发光特性的共价有机框架，用于增强肿瘤的多模态光热诊疗效果

《Biomaterials Advances》：Covalent Organic Framework with Second Near-Infrared Aggregation-Induced Emission for Boosted Tumor Multimodal Phototheranostics

　　COF-AIE通过非共价结合BTT-COOH实现近红外二区发光，兼具荧光成像、光热治疗和光动力治疗功能，解决传统COF组织穿透率低问题，提升深部肿瘤诊疗效果。

　　

罗秋霞|叶通|薛莉|张志军|秦毅|王东|唐本忠

中国深圳大学材料科学与工程学院，聚合物科学与技术重点实验室，AIE研究中心，518060

摘要

共价有机框架（COFs）是癌症光疗的很有前景的材料，但由于其通常较短的发射波长，在深层组织中实现精确的多模式诊疗仍然具有挑战性。为了解决这一限制，我们首次开发了一种具有第二近红外聚集诱导发射（NIR-II AIE）特性的COF，称为COF-AIE，方法是将NIR-II AIE活性分子BTT-COOH非共价地结合到TB-COF中。COF-AIE在约1000纳米处表现出发射峰，显示出优异的NIR-II AIE性能。重要的是，BTT-COOH在COF框架内的限制使得其NIR-II荧光强度比游离状态下的BTT-COOH更高。除此之外，COF-AIE保持了BTT-COOH优异的光热转换效率，同时其高孔隙率促进了氧气的扩散，增强了活性氧（ROS）的生成。这些协同效应通过密度泛函理论计算得到了进一步验证。通过整合多种优化性能，COF-AIE在基于NIR-II荧光的成像引导的光热-光动力协同治疗中表现出卓越的效果。

引言

共价有机框架（COFs）是一种新兴的结晶多孔聚合物，能够将功能性构建块以原子级精度整合到周期性结构中[1]。由于其可调的架构和多功能性，COFs已在光电子学[2]、催化[3][4]、药物递送[5][6]等领域得到广泛研究。特别是，它们固有的结构优势，包括多样的功能性构建块、较大的比表面积、规则的孔隙率和低生物毒性，最近使COFs成为解决多种疾病需求的理想生物材料[7][8][9][10][11][12]。因此，先进COFs的研究在生物医学领域展现出无穷的活力[13][14]。

聚集诱导发射发光体（AIEgens）作为一类优秀的功能性分子，在生物应用中也显示出巨大潜力[15][16]。一些报道的AIEgens在荧光成像（FLI）[17][18]、光热疗法（PTT）[19][20]和光动力疗法（PDT）[21]方面都具有多功能性，这不仅提高了诊断准确性，还通过非侵入性和可控的光照射为肿瘤治疗带来了显著的效果[22]。尤其是，使用在第二近红外范围（NIR-II AIE）发射的AIE荧光团，能够显著克服荧光效率和穿透深度方面的限制[23][24][25]。此外，NIR-II AIEgens由于长波长而具有较低的光毒性和生物损伤性，从而可以实现更安全的肿瘤治疗[26][27][28]。然而，据我们所知，尚未有关于利用具有NIR-II AIE特性的COFs进行肿瘤多模式诊疗的应用报道。

在此，我们通过将NIR-II发射的AIEgen（BTT-COOH）与非共价键合到COF骨架（TB-COF）上，构建了一种具有NIR-II AIE活性的COF（图1），以实现高效的肿瘤多模式诊疗。COF-AIE具有较高的荧光效率和光稳定性。此外，COF-AIE能够将BTT-COOH固定在COF骨架内，从而实现更高性能的肿瘤成像发射。基于COF-AIE骨架的延长共轭和高孔隙率，BTT-COOH的光热性能和活性氧（ROS）生成能力得到了继承和进一步增强，有利于肿瘤的治疗效果。这项工作提供了一种简单有效的设计策略，用于构建具有NIR-II AIE特性的新型光疗COF，并实现了增强的多模式诊疗。

COF-AIE的合成与表征

在初步步骤中，通过聚合前体4,4',4''-(1,3,5-三嗪-2,4,6-三基)三[苯甲醛]（TF）和3,3'-二羟基联苯-4,4'-二胺（BD）（图S1）合成了亚胺TB-COF。然后我们使用傅里叶变换红外（FT-IR）和固态¹³C交叉极化魔角自旋核磁共振（¹³C CP/MAS NMR）光谱来分析TB-COF的制备过程。如图1A所示，TB-COF的FT-IR光谱显示了一个C=N（1624 cm^-1）的特征峰。

结论

在这项研究中，我们利用TB-COF负载BTT-COOH构建了COF-AIE，使其具有NIR-II AIE特性，同时提高了荧光强度、光热能力和活性氧生成能力，从而实现了优异的肿瘤诊疗效果。BTT-COOH通过非共价键固定在AIE-COF中，带来了NIR-II发射波长和增强的发光强度，从而在肿瘤深层组织中实现了精确的荧光成像诊断效果。

作者贡献声明

罗秋霞：撰写 – 原始草稿，研究，概念构思。秦毅：撰写 – 审稿与编辑，监督，研究，概念构思。张志军：监督。薛莉：监督，研究。叶通：撰写 – 原始草稿，概念构思。唐本忠：撰写 – 审稿与编辑，监督，资源提供，概念构思。王东：撰写 – 审稿与编辑，撰写 – 原始草稿，监督，资源提供，研究，概念构思

数据可用性

数据将按需提供。

利益冲突声明

作者声明他们没有已知的可能会影响本文报告工作的竞争性财务利益或个人关系。

致谢

作者感谢国家关键研发计划（2024YFA1212100）、国家自然科学基金（22225506, 21790362, 22175120, 22105130）、广东省基础与应用基础研究基金（广东省自然科学基金）（2022A1515010381, 2025A1515012174）以及深圳市科学技术基金（JCYJ20190808153415062, JCYJ20241202124423032, 20220809130438001）和珠江人才引进计划的支持。