含重原子的强双光子吸收材料的设计合成及其在肿瘤细胞光动力治疗中的应用

基于单线态氧的光动力治疗是目前国际上治疗癌症的最新动向之一，开发出激发波长在近红外区的新型光敏药物对于提高光动力治疗效果具有重要意义。本项目创新性的提出一类含重原子和梯形芳香寡聚物的双光子吸收材料的设计和合成。该类材料具有很强的双光子吸收系数，为获得近红外光激发单线态氧敏化材料提供了一条新的途径。项目将围绕这种新型材料的合成和表征、双光子特性以及光动力特性等内容展开深入研究，重点探索该材料分子结构与其双光子吸收特性、单线态氧量子效率、光动力特性之间的关系，建立相关的理论模型，解决可红外激发的单线态氧敏化剂制备中的关键问题，为抗癌药物的设计和结构优化提供重要的理论和实验依据。与传统单线态氧光敏剂相比，这种方案的光敏剂具有以下两个独特的优势:(1)在近红外区有大的双光子吸收截面，可实现近红外激发；(2)具有增强的单线态氧量子效率，同时具有良好的水溶性。

本项目的主要工作包括：（1）双光子吸收材料(光敏剂）的设计与合成；（2）双光子吸收材料的双光子特性研究；（3）光敏剂在光动力治疗中的应用；（4）高阶多光子吸收材料的合成与应用。在本项目执行期间，我们合成了系列含重原子及梯形芳香寡聚物的双光子吸收材料，研究了材料的分子结构与性能的关系，实现了光敏剂在近红外光激发下的单线态氧释放以及双光子吸收引起的光敏剂对癌细胞的光毒性。另外我们还探索了更高阶多光子吸收材料的结构和多光子吸收/发射性能的关系，首次实现了5光子吸收诱导的受激发射，为实现更高分辨率分子生物成像提供了新思路。.具体所取得的主要成果包括：（1）合成并表征了系列含梯形芳香寡聚物（部分材料分子中引入重原子）的双光子吸收材料；（2）研究了所获得光敏剂的双光子吸收性能，获得了这些新光敏剂的化学结构（特别是重原子的引入）与双光子吸收/荧光性能以及单线态氧量子效率的关系；（3）发现通过引入2个碘重子，材料分子的单线态氧量子效率提高了4倍；（4）实验证明了一个含碘原子的双光子吸收光敏剂对癌细胞的光毒性，展示了双光子光动力治疗的可行性；（5）获得了具有更高阶多光子吸收的新材料，首次实现了5光子吸收引起的受激发射；（6）发表SCI收录6篇（标注6篇），影响因子>3.0的论文5篇；（7）培养硕博士研究生13名（已毕业6名）。