恶性肿瘤（癌症）已经成为严重威胁中国人群健康的主要公共卫生问题之一，根据最新统计数据显示，2020年全球新发癌症病例1929万例，其中中国新发癌症457万人，占全球23.7%，其人数远超世界其它国家。近几年光学诊疗一体化因其无创、原位的发展为肿瘤诊断与治疗提供了新的思路，并有望进一步应用于临床。

马恒昌课题组长期致力于新型光学诊疗材料的开发及体内外治疗的研究，取得了一系列重要的进展。传统光学诊疗材料受限于聚集荧光猝灭(ACQ)、光稳定性差、吸收/发射波长短、摩尔吸光系数低等缺点严重限制了其实际应用。为了解决这一系列问题，马恒昌课题组基于聚集诱导发光现象开发出一系列用于诊疗的新型光学诊疗材料，在体内外均表现出优异的抑瘤能力。首先基于三苯胺的富电子结构实现更高效率和更强光稳定性光敏剂的开发。D-A结构的分子以及重原子的引入能够对HOMO-LUMO能级调整减小ΔE_ST。通过对分子的给-受体结构以及重原子对光动力治疗（PDT）的影响进行了系统的研究，成功将其应用于癌细胞光动力治疗、革兰氏阴性菌和革兰氏阳性菌的光动力抗菌和斑马鱼活体成像。相关成功发表在美国化学学会期刊ACS Appl. Bio Mater. (2020, 3, 1187−1196).

在上述工作的基础上马恒昌教授团队于2021年报道了一种提高光敏剂性能的新方法，通过整合并调控ΔE_ST和SOC促进的基团，发展了一类具有AIE效应的高效光敏剂，成功用于成像指导的癌症光动力治疗。将提高SOC的羰基和强缺电子氰基以茚满为骨架巧妙地引入到具有强给电子能力的三苯胺（TPA）衍生物中，通过精确调节分子中氰基和羰基的比例以及TPA部分的给电子效应，调控ΔE_ST和SOC常数的大小，进而调控并促进AIE光敏剂的ROS产生效率。结果表明AIE光敏剂TaTIC同时具有高的SOC常数和低的ΔE_ST值，实现了两者的平衡和最佳化，展现了最优的光敏性能，其ROS产生效率远优于商品化的RB。此外，得益于典型的AIE特性、强D-A作用和无重原子效应，通过两亲性基质包裹制备的TaTIC纳米粒拥有长的吸收波长、明亮的近红外区荧光发射和较好的生物相容性，在近红外激光照射下实现了对荷瘤小鼠彻底治愈的结果。该工作为高效光敏剂的开发提供了成功范例和新的设计理念。相关成果发表在wiley数据库生物材料类顶级期刊Biomaterials (2021, 275, 120934, IF = 12.48)。

在前期工作的基础上马恒昌课题组通过精准的分子设计开发了基于AIE的新型的多模态诊疗一体化的有机小分子光诊疗剂，首次通过官能团工程将多种功能官能团巧妙的引入到单个小分子中，实现了激发态激子辐射与非辐射跃迁、非辐射跃迁中系间窜越与热效应的调控。该光疗剂(MeTIC)展现出了优异的光物理、光动力和光热性质，具有高的摩尔吸光系数、明亮的延伸至近红外区二区的荧光发射、优于孟加拉玫瑰红(RB)的高效活性氧生成效率、高的光热转换效率。通过DSPE-PEG2000包覆制备的MeTIC NPs不仅很好的保留了小分子优异的性能而且显示出优异的稳定性和生物相容性，能够被细胞很好的摄取且在EPR效应下在肿瘤组织富集明显。体内外实验均表明MeTIC NPs在660 nm光照下具有良好的抑瘤能力，有效的弥补了单一光动力治疗或光热治疗存在的缺陷。这项研究不仅开发出新型基于AIE有机小分子的光诊疗剂而且对精准分子设计这一策略进行了概念验证。相关成果发表在美国化学学会顶级期刊ACS Nano (2021, 15, 7328-7339, IF = 15.88)。

上述工作博士研究生杨增明为第一作者，马恒昌教授、雷自强教授为通讯作者，西北师范大学为第一通讯单位。

以上工作得到了国家自然科学基金、甘肃省自然科学基金等科研项目的支持。