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Achieving Efficient NIR-II Type-I Photosensitizers for Photodynamic/Photothermal Therapy upon Regulating Chalcogen Elements
Advanced Materials ( IF 27.4 ) Pub Date : 2021-12-21 , DOI: 10.1002/adma.202108146
Kaikai Wen 1, 2 , Hui Tan 1 , Qian Peng 3 , Hao Chen 2 , Han Ma 4 , Lu Wang 5 , Aidong Peng 2 , Qinqin Shi 2 , Xiaodong Cai 1 , Hui Huang 2
Advanced Materials ( IF 27.4 ) Pub Date : 2021-12-21 , DOI: 10.1002/adma.202108146
Kaikai Wen 1, 2 , Hui Tan 1 , Qian Peng 3 , Hao Chen 2 , Han Ma 4 , Lu Wang 5 , Aidong Peng 2 , Qinqin Shi 2 , Xiaodong Cai 1 , Hui Huang 2
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Second near-infrared (NIR-II) window type-I photosensitizers have intrinsic advantages in photodynamic/photothermal therapy (PDT/PTT) of some malignant tumors with deep infiltration, large size, complicated location, and low possibility of surgery/radiotherapy. Herein, three chalcogen-element-based donor–acceptor-type semiconducting polymers (poly[2,2″-((E)-4,4″-bis(2-octyldodecyl)-[6,6″-bithieno[3,2-b]pyrrolylidene]-5,5″(4H,4″H)-dione)-alt-2,5-(thiophene)] (PTS), poly[2,2″-((E)-4,4″-bis(2-octyldodecyl)-[6,6″-bithieno[3,2-b]pyrrolylidene]-5,5″(4H,4″H)-dione)-alt-2,5-(selenophene)] (PTSe), and poly[2,2″-((E)-4,4″-bis(2-octyldodecyl)-[6,6″-bithieno[3,2-b]pyrrolylidene]-5,5″(4H,4′H)-dione)-alt-2,5-(tellurophene)] (PTTe)) are synthesized and fully characterized, demonstrating strong absorption in the NIR-II region. Upon adjusting the chalcogen elements, the intramolecular charge-transfer characteristics and the heavy-atom effect are tuned to enhance the intersystem crossing rate, improving the photodynamic effect. Moreover, the energy levels and Gibbs free energies are tuned to facilitate the type-I photodynamic process. As a result, PTTe nanoparticles (NPs) produce superoxide anion radicals (O2•−) more efficiently and demonstrate higher photothermal conversion efficiency than PTS and PTSe NPs upon NIR-II (1064 nm) laser irradiation, exhibiting unprecedented NIR-II type-I PDT/PTT performance in vitro and in vivo. This work provides ideas for achieving high-performance NIR-II type-I PDT/PTT semiconducting polymers for hypoxic oncotherapy.
中文翻译：
通过调节硫属元素实现用于光动力/光热治疗的高效 NIR-II I 型光敏剂
第二近红外（NIR-II）窗Ⅰ型光敏剂在光动力/光热治疗（PDT/PTT）中对一些浸润深、体积大、部位复杂、手术/放疗可能性低的恶性肿瘤具有内在优势。在此，三种基于硫属元素的供体-受体型半导体聚合物（聚[2,2″-(( E )-4,4″-bis(2-octyldodecyl)-[6,6″-bithieno[3, 2- b ]pyrrolylidene]-5,5″(4 H ,4″ H )-dione)- alt -2,5-(噻吩)] (PTS), 聚[2,2″-(( E )-4 ,4"-双(2-辛基十二烷基)-[6,6"-二噻吩并[3,2- b ]吡咯亚基]-5,5"(4 H ,4" H )-二酮)- alt-2,5-(硒吩)] (PTSe), 和聚[2,2″-(( E )-4,4″-bis(2-octyldodecyl)-[6,6″-bithieno[3,2- b ]pyrrolylidene]-5,5"(4 H ,4' H )-dione)- alt -2,5-(tellurophene)] (PTTe)) 合成并充分表征，在 NIR-II 区域表现出强吸收. 通过调整硫属元素，可以调整分子内电荷转移特性和重原子效应，以提高系统间交叉率，从而改善光动力效应。此外，调整能级和吉布斯自由能以促进 I 型光动力学过程。结果，PTTe 纳米粒子 (NPs) 产生超氧阴离子自由基 (O 2 •−) 在 NIR-II (1064 nm) 激光照射下比 PTS 和 PTSe NPs 更有效并表现出更高的光热转换效率，在体外和体内表现出前所未有的 NIR-II type-I PDT/PTT 性能。这项工作为实现用于缺氧肿瘤治疗的高性能 NIR-II I 型 PDT/PTT 半导体聚合物提供了思路。
更新日期：2021-12-21
中文翻译：
通过调节硫属元素实现用于光动力/光热治疗的高效 NIR-II I 型光敏剂
第二近红外（NIR-II）窗Ⅰ型光敏剂在光动力/光热治疗（PDT/PTT）中对一些浸润深、体积大、部位复杂、手术/放疗可能性低的恶性肿瘤具有内在优势。在此，三种基于硫属元素的供体-受体型半导体聚合物（聚[2,2″-(( E )-4,4″-bis(2-octyldodecyl)-[6,6″-bithieno[3, 2- b ]pyrrolylidene]-5,5″(4 H ,4″ H )-dione)- alt -2,5-(噻吩)] (PTS), 聚[2,2″-(( E )-4 ,4"-双(2-辛基十二烷基)-[6,6"-二噻吩并[3,2- b ]吡咯亚基]-5,5"(4 H ,4" H )-二酮)- alt-2,5-(硒吩)] (PTSe), 和聚[2,2″-(( E )-4,4″-bis(2-octyldodecyl)-[6,6″-bithieno[3,2- b ]pyrrolylidene]-5,5"(4 H ,4' H )-dione)- alt -2,5-(tellurophene)] (PTTe)) 合成并充分表征，在 NIR-II 区域表现出强吸收. 通过调整硫属元素，可以调整分子内电荷转移特性和重原子效应，以提高系统间交叉率，从而改善光动力效应。此外，调整能级和吉布斯自由能以促进 I 型光动力学过程。结果，PTTe 纳米粒子 (NPs) 产生超氧阴离子自由基 (O 2 •−) 在 NIR-II (1064 nm) 激光照射下比 PTS 和 PTSe NPs 更有效并表现出更高的光热转换效率，在体外和体内表现出前所未有的 NIR-II type-I PDT/PTT 性能。这项工作为实现用于缺氧肿瘤治疗的高性能 NIR-II I 型 PDT/PTT 半导体聚合物提供了思路。
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