张俊龙课题组与合作者报道首例有机镍光诊疗探针

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北京大学化学与分子工程学院张俊龙教授与中国科学院大学张静教授，北京师范大学张文凯教授和美国得克萨斯州大学奥斯汀分校的J.L. Sessler教授等在Journal of the American Chemical Society杂志上发表了最新合作研究成果“Nonaromatic Organonickel(II) Phototheranostics”的研究论文。该工作报道了首例有机镍光诊疗探针，揭示了金属-碳键和配体的非芳香性在设计金属光诊疗探针中的重要性，展示3d非贵金属配合物在生物医学诊疗等领域的潜在应用。
        北京大学化学与分子工程学院张俊龙课题组关注金属酶模拟及光诊疗药物的研究，其中，精准调控过渡金属配合物的激发态性质是理性设计过渡金属分子光敏剂的基础。该课题组将四吡咯金属辅酶中一个吡咯单元替换为苯基，引入金属-碳键，系统性地研究了“金属-碳键”的引入对d8电子结构金属配合物激发态性质的调控。在前期对钯、铂配合物的研究基础上（Chem. Sci., 2019, 10, 10170），他们发现3d金属-碳键的形成，有利于强σ电子给体增大配位场分裂能，显著延长过渡金属配合物的激发态寿命。调控金属到配体的电荷转移（MLCT）或d-d*跃迁能级的相对变化，调控激发态的布居和耗散途径，实现发光与光热（声）等功能的切换。另一方面，在四吡咯金属辅酶中引入“金属-碳键”也是一种构筑近红外吸收配合物的策略，为该类化合物的生物应用提供良好的光学窗口。

图1. 在镍配合物中引入“金属-碳键”

         瞬态吸收光谱结合理论计算表明， NiII离子由于d电子配位场分裂能较小，低能三重态既有金属到配体的电荷转移(MLCT)过程，存在以金属中心的d-d跃迁过程，系间窜越反而比较强。由于d-d跃迁激发态的存在，只在低温下表现出磷光发射。Ni-C键的激发态伸缩振动成为激发态弛豫重要的非辐射跃迁通道，因此即使在单体和聚集体中，分子的光热转化效率都比较高（图2）。

图2. NiII配合物及其J-聚集体激发态动力学研究

        在本工作中，他们发现3d金属配合物的激发态电子结构和能量耗散方式使其具有成为光热试剂的潜力。3d金属元素在地壳的丰度高、价格便宜，探索以3d金属配合物为光诊疗探针的生物医学应用具有基础而实用的意义。为了展示这一应用，他们开展了体外和体内的光热溶栓“概念性验证”。在体外实验中，镍（II）三吡咯配合物的纳米胶囊在光照下的溶栓速度是相应的NiTPBP和NiF20TPP纳米胶囊的2倍以上。在体内实验中，经静脉注射后，他们通过光声成像和ICP-MS表征发现镍（II）三吡咯配合物聚集在小鼠的股动脉血栓处。光照后，通过光热成像实时监测和光声成像以及ICP-MS表征，镍（II）三吡咯配合物表现出显著的治疗效果（图3）。

图3. 镍配合物“概念性验证”光热溶栓

         该工作中，北京大学博士后姚宇航、北京师范大学博士生冉光柳、中国科学院大学博士生侯春亮为该论文的共同第一作者，北京大学张俊龙教授、中国科学院大学张静教授，北京师范大学张文凯教授和美国得克萨斯州大学奥斯汀分校的J.L. Sessler教授为共同通讯作者。研究得到了国家自然科学基金委、北京分子科学国家研究中心以及化学与精细化工广东省实验室等科研基金的资助。
        原文链接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.2c00710


         文章来源：北京大学
        张俊龙，北京大学化学与分子工程学院教授，研究方向为生物无机化学，包括金属酶结构和功能模拟，发光稀土配合物的仿生设计及生物应用；相关研究成果发表在J. Am. Chem. Soc.、Angew. Chem. Int. Ed.、Chem.Sci.等国际刊物上；荣获2011年北京大学绿叶生物医药杰出青年学者奖；2015年入选ChemPlusChem的“the Early Career Series”并接受访问；2016年被美国化学会（ACS）评为“EmergingInvestigators in Bioinorganic Chemistry”；2017年获得中国稀土学会青年科学家奖。