目的:采用非平面给体策略合成D-π-A型和D-A型近红外二区共轭聚合物,为高性能聚合物基光声成像造影剂的设计合成提供一种新策略。方法:(1)单体和聚合物合成:使用化学手段合成化合物单体、聚合物,经过~1H NMR、~(13)C NMR、质谱、热重分析、红外光谱等分析手段确定单体及聚合物的结构;本文采取三种策略设计合成聚合物材料,包括共轭聚合物供体单元非平面性调控、D-A交替缩小带隙和延长侧链长度增加聚合物溶解度。(2)纳米颗粒的制备:采用两亲性嵌段聚合物包裹的方法制备了水溶性纳米颗粒。(3)聚合物的性能测试:通过热重分析法对聚合物的热稳定性进行评估;通过对聚合物和聚合物薄膜的紫外-可见-近红外吸收光谱测试得到聚合物的吸收曲线,判断聚合物的光谱吸收范围,通过循环伏安法(CV)测定聚合物的电化学性质。(4)纳米颗粒的性能测试:为了评估纳米颗粒的稳定性,通过透射电子显微镜评估了纳米颗粒的形态和尺寸,通过纳米粒度分析仪测试纳米颗粒的表面电位和纳米粒子14天粒径的稳定性。(5)生物相容性和成像性能测试:通过细胞毒性实验和H&E染色实验评估了由聚合物制备的纳米颗粒的生物相容性,体内体外实验评估了纳米颗粒的成像性能。结果:(1)第二章中合成了烷氧基取代的联噻吩(TT)为非平面电子供体,电子受体分别为苯并噻二唑(BBT)和吡啶硒二唑(PSe)的NIR-II D-π-A型共轭聚合物,命名为PTT-DTBBT、PTT-DTPSe。热重分析结果显示良好的热稳定性,当聚合物失重5%时,温度分别为294°C和252°C。聚合物在吸收光谱显示,PTT-DTBBT在1000-1800 nm范围内表现出较强的吸收峰,比PTT-DTPSe有更红的吸收光谱。PTT-DTBBT和PTT-DTPSe有较窄的带隙分别为0.63 e V、1.11 e V,这和密度泛函理论(DFT)得出的结果相一致。PTT-DTBBT@NPs和PTT-DTPSe@NPs的平均粒径分别为152.2 nm和161.2 nm,且通过为期两周的测试发现粒径随时间的变化不大,说明两者具有不错的稳定性能,不容易发生聚集和裂解。细胞毒性实验和重要器官H&E染色组织切片评估了纳米颗粒的生物相容性,显示两种纳米颗粒有较好的生物相容性和组织安全性。通过固体模型模拟体外条件,发现注射浓度和信号强度呈正相关,体内血管成像显示NIR-II使组织散射和自发荧光最小化。(2)第三章中合成了以烷氧基取代的联噻吩(TT)为非平面电子供体,强吸电子单元噻二唑喹喔啉(ATQ)为电子受体的D-A型NIR-II共轭聚合物PTT-ATQ。当聚合物失重5%时,温度为287°C,反映了聚合物优异的热稳定性。电化学测得PTT-ATQ带隙0.62 e V,具有C59小鼠更窄的带隙。纳米颗粒为规则的球形,测得平均流体学尺寸为150 nm左右,两周内测量粒径大小发现纳米颗粒随时间变化较小,稳定性较好。纳米颗粒具有良好的生物相容性,细胞毒性结果显示在0-8FUT-1750μg m L~(-1)浓度范围内,细胞活性均在90%以上,未观察到明显的细胞毒性;与正常组织进行对比,未见明显的积水损伤和坏死损伤,无明显的临床毒性症状。PTT-ATQ@NPs在1064 nm激发光下获得的体内光声(PA)图像中观察到更强的亮度,具有出色的光学特性,为体内成像应用带来可能。(3)第四章中在P-CDT10V-BTZ聚合物合成的基础上,通过“点击化学”策略延长了聚合物侧链的长度,合成了近红外二区聚合物P-CDT10V-SO-BTZ。通过核磁、红外验证了目标产物的合成。为了验证聚合物溶解性增加,我们进行了理论计算和实验测试,发现点击后溶解性明显更好。聚合物通过DSPE-PEG2000进行封装,得到P-CDT10V-SO-BTZ@NPs,通过光学性能测试、稳定性测试和生物相容性测试等对纳米颗粒的性能进行了分析和评估。聚合物材料在460 nm至1370 nm有一个宽吸收带。PTT-ATQ@NPs的表面电位为-38.8m V,高表面负电位表明纳米颗粒不容易聚集,稳定性较好,有较长的体内循环能力。给药浓度高达95μg·m L~(-1)时,细胞存活率在90%以上,这表明了P-CDT10V-SO-BTZ@NPs纳米颗粒对细胞毒性Genetic-algorithm (GA)低,具有良好的生物安全性。结论:1.本文以醚链取代的联噻吩单元作为强给体分别设计D-π-A型和D-A型近红外二区共轭聚合物,展示了良好的生物相容性,光稳定性和在小鼠皮样瘤中的良好光声成像信号,为聚合物基近红外二区分子的设计提供一种新策略。2.本文通过点击化学在二噻吩并环戊二烯侧链末端引入烯键,引入的增溶链段能够增加聚合物在四氢呋喃中的溶解性,为解决纳米颗粒制备过程中聚合物溶解度差的问题提供了新的思路。