由光响应高分子、上转换纳米粒子（upconversion nanoparticles, UCNPs）及化疗药物构建的光控纳米药物在过去十年里受到了全球科研工作者的极大关注，这不仅是因为它们实现了化疗药物的精准递送，还能在无创的近红外（near-infrared, NIR，具有极强的生物组织穿透能力）光照下实现药物的可控释放。截止目前，这类纳米药物大多利用UCNPs发射的紫外光来引发其内部高分子发生化学反应（如光致裂解、光致异构化、光致交联等反应），进而触发药物释放。然而，上转换紫外光的发射往往需要连续吸收五个或更多的NIR光子，导致这类载体要在较高的NIR激光功率密度下才能释放药物，而高功率NIR的使用又难以避免对生物组织造成光损伤。因此，如何有效降低这类纳米药物在使用过程中所需的激光功率密度是其当前面临的重要挑战。
四川大学范浩军、向均和陕西师范大学石峰研究团队针对这一挑战，选择利用UCNPs发射的绿光为高分子的响应开关，以此来解决这类纳米药物的激发光功率密度过高的问题。这是因为UCNPs的绿光发射过程仅涉及两个或三个NIR光子的吸收，这使得激发光功率密度阈值随之大大降低。那么该如何设计新的绿光响应高分子呢？
作者发现给体-受体斯坦豪斯加合物（Donor-Acceptor Stenhouse Adducts，DASAs）是一种新型负光致变色材料。在吸收光子后，它会从烯醇结构（疏水、线性、紫色）转变成带电荷的环戊烯酮结构（亲水、环状、无色状态）。而在加热或者黑暗的条件下，环戊烯酮形式的亲水DASAs又可以重新转变成具有烯醇结构的疏水DASAs。最为重要的是，DASAs的响应波长处在520–570 nm之间，这与UCNPs发射的绿光有着极高的波谱重合。另外，DASAs具有摩尔吸光系数高、光照耐疲劳性能好、原材料来源丰富、合成过程简单、生物毒性低等优点，将其与UCNPs结合有望制备出具有低功率NIR响应的新一代光控纳米药物。
作为概念验证，作者首先设计并合成了一种含有DASAs的绿光响应高分子。然后，通过自组装的方法，利用808 nm可激发的UCNPs、DASAs高分子和尼罗红（疏水模型药物）成功制备了一种新型光控纳米药物。研究发现，在低功率808 nm NIR（0.2 W）照射下，纳米药物中UCNPs发出的绿光触发了高分子链上DASAs的异构化，破坏了纳米药物的亲疏水平衡，削弱了尼罗红与高分子疏水区域的相互作用，最终导致了尼罗红从纳米药物中的逐步释放。这项工作将启发研究人员把负光致变色DASAs高分子纳入其设计蓝图中，并以此开发新一代低功率NIR纳米药物，进一步推动此类纳米药物向临床医用的迈进。相关结果发表在Macromolecular Rapid Communications上。
WILEY
论文信息：
808 nm Near-Infrared Light-Triggered Payload Release from Green Light-Responsive Donor–Acceptor Stenhouse Adducts Polymer-Coated Upconversion Nanoparticles
Jianxun Lin, Hao Ma, Zhonghui Wang, Shenglin Zhou, Bin Yan, Feng Shi*, Qiang Yan, Jiliang Wang, Haojun Fan*, and Jun Xiang*
Macromolecular Rapid Communications
DOI: 10.1002/marc.202100318
原文链接：
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/marc.202100318
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