重原子效应与自旋轨道耦合在D-A分子中的协同作用：促进系间窜越的机制解析与肿瘤治疗应用

　　本研究针对光动力治疗(PDT)中三重态光敏剂(PSs)的系间窜越(ISC)效率提升难题，通过分子工程将重原子（Br/Cl）与正交供体-受体(D-A)结构整合至七甲川菁染料(OrT-Cy7-X)中，揭示了溴取代与正交D-A构型协同增强自旋轨道耦合(SOC)的机制。研究发现OrT-Cy7-Br兼具高效ISC（通过时间分辨光谱验证）和分子聚集诱导的非辐射衰减特性，其纳米颗粒展现出显著的光动力/光热联合抗肿瘤效果，为下一代近红外(NIR)光敏剂设计提供了新范式。

　　

在癌症治疗领域，光动力治疗(PDT)因其非侵入性和精准靶向性备受关注，但其疗效受限于传统光敏剂在可见光区的弱组织穿透性，以及三重态生成效率低、寿命短等瓶颈。如何设计兼具近红外(NIR)吸收和高系间窜越(ISC)效率的新型光敏剂，成为突破现有技术壁垒的关键。

针对这一挑战，来自中国的研究团队在《Dyes and Pigments》发表了一项创新研究。他们巧妙地将重原子效应与自旋轨道电荷转移系间窜越(SOCT-ISC)机制相结合，通过对正交结构的七甲川菁染料(OrT-Cy7-H)进行卤化修饰，构建了OrT-Cy7-Cl和OrT-Cy7-Br系列分子。研究通过X射线晶体学、瞬态吸收光谱和理论计算证实：溴原子的引入不仅通过核电荷效应增强自旋轨道耦合(SOC)，还与分子内正交D-A结构产生的轨道角动量变化产生协同作用，使OrT-Cy7-Br的ISC效率显著提升。有趣的是，重原子还意外地促进了分子聚集行为，这种"双刃剑"效应通过纳米颗粒化得以优化，最终实现了73.2%的单线态氧(¹
O₂
)量子产率和44.7%的光热转换效率的完美平衡。

关键技术方法包括：1）分子工程合成卤代正交D-A结构；2）X射线衍射解析晶体构型；3）飞秒瞬态吸收光谱追踪ISC动力学；4）密度泛函理论(DFT)计算SOC矩阵元(SOCME)；5）体外/体内模型评估抗肿瘤效应。

【合成与结构表征】
单晶分析显示OrT-Cy7-Br保持近正交二面角(88.5°)，Br取代使LUMO轨道定域于吲哚环，而HOMO-LUMO空间分离度达3.42 ?，为SOCT-ISC创造理想条件。

【光物理特性】
瞬态光谱证实OrT-Cy7-Br的ISC速率(1.52×10⁹
s^-1
)较母体提升3倍，理论计算显示其SOCME达5.21 cm^-1
，源于Br的核电荷效应与电荷重组协同作用。

【纳米颗粒性能】
纳米化后，OrT-Cy7-Br NPs在808 nm激光下同时产生¹
O₂
和热量，对4T1肿瘤的抑制率达92.3%，且显著降低重金属毒性风险。

该研究首次实证了重原子与分子构型调控对SOC的协同增强机制，突破了传统光敏剂设计"重原子依赖"与"长寿命三重态不可兼得"的困境。通过精准平衡分子内SOC增强与分子间相互作用，为开发高效、低毒的NIR光敏剂提供了新思路，标志着有机光敏剂设计从单一机制走向多维协同的重要跨越。值得注意的是，研究中发现的聚集诱导非辐射衰减现象，也为后续研究提出了新的调控维度——如何通过超分子工程进一步优化这一特性，将成为未来研究的重点方向。

（注：全文数据与结论均源自原文，未添加非文献支持内容；专业术语如SOCT-ISC首次出现时已作说明；作者单位按要求处理；数学符号采用^{/_{格式表示）}}