配位聚合物在生物医学中的研究进展(2)

2 配位聚合物用于生物成像

2.1 磁共振成像(MRI)

现代医学中，磁共振成像是最重要的非侵入性临床诊断方法之一。磁共振成像具有如下优点：软组织对比分辨率高；具有任意方向直接切层的能力，可以任意方位成像，全面显示被检查器官和组织的结构；能够直接做出横断面、矢状面和各种斜面的图像，方便进行解剖结构或病变的立体追踪；无创伤、无放射性损害[30-31]。

迄今为止，最广泛使用的造影剂是Gd(Ⅲ)配合物[32-33]。Kim等[34]报道了一种基于Gb(Ⅲ)的金属-有机框架，具有非常高的MRI弛豫率，但是Gd(Ⅲ)泄露导致的毒性限制了其临床应用，已有研究发现Gd(Ⅲ)会与内源性金属，如Zn(II)、Cu(II)发生交换，导致患者肾脏纤维化[35-36]。因此，含铁元素的配位聚合物由于生物毒性低，被广泛用于磁共振成像的研究，Liu等[37]报道了一种基于Fe(Ⅲ)的超小粒径配位聚合物，该配位聚合物具有pH敏感的磁共振成像效果，但含Fe(Ⅲ)的造影剂易产生伪像，从而导致误诊[38-39]，因此，开发低毒且成像效果好的造影剂迫在眉睫。Taylor等[40]报道了基于Mn(II)的配位聚合物，该配位聚合物使用对苯二甲酸和苯均三酸作为配体，在反相微乳中与等摩尔的MnCl2反应18 h，然后用SiO2包裹在外层形成壳核型结构，将带有巯基的RGD环肽接枝到表面，使其具有肿瘤靶向性，结果发现：该配位聚合物毒性非常低，而且这类新型配位聚合物与细胞内蛋白质结合后表现出非常高的体内纵向MRI弛豫率，是非常有潜力的造影剂。

2.2 荧光成像

大多数光学成像剂是基于量子点(QDs)或掺杂染料的量子点，它们在光化学和代谢上具有很好的稳定性，并具有可调的发射光谱[41-42]，但是，基于量子点的配位聚合物存在毒性大、易氧化和水中不稳定等问题。Soenen等[43]利用高分子包裹量子点，降低了部分毒性。

有研究表明超小粒径的配位聚合物量子点(<10 nm)能够显著降低量子点的毒性，Zhang等[44]报道了一种平均粒径为(3.) nm的PZn配位聚合物量子点(图3)，由Zn(II)和有机配体3,4,9,10-苝四羧酸钾构成。光学表征显示PZn配位聚合物量子点具有优异的水分散性、光稳定性和较高的光致发光量子效应。将制备好的PZn配位聚合物量子点用作荧光团，在455 nm波长下对A498细胞进行标记，荧光强度在3 min内保持不变，照射20 min后荧光强度仍然大于50%，与无机半导体量子点相近，优于传统荧光染料，传统的异硫氰酸荧光素染料荧光信号在2 min内基本消失。此外，PZn配位聚合物量子点与A498细胞共孵育24 h后，细胞活力几乎达到100%，表现出优异的生物相容性。

图3 PZn配位聚合物量子点的透射电镜(TEM)(a)和高分辨透射电镜(HRTEM)照片(b)[44]Fig.4 TEM images (a) and HRTEM image (b) ofPZn QDs, the inset is the correspondingHRTEM image[44]

2.3 近红外成像

镧系离子如Er(Ⅲ)(1 530 nm)、Nd(Ⅲ)(1 060 nm)和Yb(Ⅲ)(980 nm)以及研究较少的Pr(Ⅲ)(1 300 nm)和Tm(Ⅲ)(1 500 nm)，作为近红外发光材料在生物医学上具有很大的潜力[45-47]。将这些具有近红外发射性镧系离子与有机配体制备成配位聚合物，能够得到一系列近红外成像材料。Marchal等[48]报道了2种水合配位聚合物[Nd(tpabn)]H3O·6H2O 和[Er(Htpabn)]·14H2O，两种水合物的近红外发光都是可检测的，但由于羟基振荡产生的猝灭效应导致强度较弱。因此，从镧系配位聚合物中去除水分是改善近红外发光的有效手段，Herrera等[49]利用Ru与二嘧啶制备去除水分的配位聚合物，表现出良好的近红外成像性能。

另外，有研究发现通过改变有机配体也能够明显改善和提高近红外成像效果，Foucault-Collet等[50]利用Yb(Ⅲ)离子构建一种新颖的配位聚合物纳米粒Yb-PVDC-3，由于Yb(Ⅲ)离子禁阻的f-f跃迁性质导致较低的消光系数，利用有机配体PVDC与Yb(Ⅲ)离子配位制备成配位聚合物，借助来自配体的能量传递或天线效应来激活(敏化)Yb(Ⅲ)离子近红外发光，结果表明该配位聚合物纳米粒具有高效的近红外成像效果。

2.4 多模式成像

单模式成像，因其各自固有的缺点，不能满足肿瘤的精确定位。目前，科研人员正在探索多模式成像材料，通过互补的成像方式对肿瘤进行精确定位，一些材料将磁共振成像、光学成像等相互结合用于肿瘤的监测并可为肿瘤的个性化诊治及精准治疗提供依据[51-52]。

Yang等[53]报道了一种多模式成像配位聚合物，同时具有T1加权磁共振成像和T2加权磁共振成像的功能。T1加权图像可以很好地显示脂肪等正常软组织的解剖学，而T2加权图像显示肿瘤和炎症的病理特征，因此，T1/T2双模式磁共振成像能够互相补充信息，得到精确的诊断结果。该研究利用纳米沉淀法，以1,1′-二羧基二茂铁(Fc)为结构单元，具有磁性的Gd(Ⅲ)离子为金属节点，获得直径约为80 nm的纳米配位聚合物，并在表面修饰RGD靶向肽，使其可以靶向到肿瘤部位，增强肿瘤部位蓄积。体内磁共振成像实验表明，静脉注射该配位聚合物具有明显的T1/ T2双模式成像效果。

文章来源：《功能材料与器件学报》 网址: http://www.gnclyqjxb.cn/qikandaodu/2021/0216/370.html