从“缺陷”到“完美”:武汉大学李振、天津大学武文博、南方医科大学胡方团队揭示均聚偶联缺陷对共轭聚合物光疗性能的关键影响

从“缺陷”到“完美”：武汉大学李振、天津大学武文博、南方医科大学胡方团队揭示均聚偶联缺陷对共轭聚合物光疗性能的关键影响

‌

在材料科学的世界里，“缺陷”几乎无处不在，且难以完全去除。然而，越来越多的研究表明，这些微小的不完美往往能掀起巨大的性能波澜。共轭聚合物以其优异的光捕获能力、可调的光物理性质以及独特的“分子导线效应”，已成为光动力疗法（PDT）和荧光成像领域的研究热点。然而，现有主流的Suzuki或Stille聚合方法在构筑给体（D）-受体（A）交替结构时，难以避免地会引入D-D或A-A结构的缺陷。这些被称为“‌均聚偶联缺陷‌”的结构单元，长期以来被视为不可避免的“合成必然品”而未被深究且被忽略。那么，这些看似微小的缺陷，是否也在悄然影响着光疗性能呢？

2026年5月6日，武汉大学李振教授、天津大学分子聚集态科学研究院武文博教授联合南方医科大学胡方教授在‌《Advanced Materials》‌ 上发表了题为 ‌“Homocoupling-Defect-Free Alternating Conjugated Polymers With Enhanced Photosensitization for Phototherapy”‌ 的研究论文，首次系统揭示了“均聚偶联缺陷”如何深刻影响共轭聚合物的光疗性能。这项研究不仅挑战了传统认知，更为高性能光诊疗材料的精准合成指明了新方向。

‌一、 研究背景：被忽视的“必然缺陷”与性能之谜‌

在共轭聚合物领域，为了获得理想的D-A交替结构以优化光电性能，Suzuki和Stille偶联是两种最主流的聚合方法。然而，这两种方法在反应过程中，不可避免地会发生同种单体（给体与给体，或受体与受体）之间的偶联副反应，从而在聚合物主链中引入‌均聚偶联缺陷‌。过去，这些缺陷因其含量通常较低（< 2%），且难以完全避免，常被研究者视为“背景噪音”而忽略，对其在光物理过程和生物医学应用中的具体影响缺乏系统研究。

与此同时，前期多项重要研究（如 Science 2020, Nat. Mater. 2021, Nat. Energy 2023, Adv. Mater. 2019等）已明确指出，材料中微小的结构缺陷能够显著影响其最终性能，无论是在电子器件还是能源材料中。这引发了本工作团队的思考：‌在用于生物医学光疗时，含有与不含有均聚偶联缺陷的共轭聚合物之间，是否存在关键的性能差异？‌

‌二、 研究设计：精准构筑模型，对比缺陷影响‌

为了回答上述问题，研究团队精心设计了三个系列具有不同D-A结构的共轭聚合物（PTB、PTD和PDB）。这三个系列聚合物的吸收波长分别对应临床常用的530 nm、660 nm和808 nm激光，为全面研究缺陷对光疗性能的影响提供了理想的模型体系。

研究的关键策略在于采用两种不同的聚合方法制备同一结构的聚合物：

1. ‌传统的Suzuki聚合‌：预计会引入一定比例的均聚偶联缺陷。
2. ‌直接芳基化聚合（DArP）‌：一种更为绿色环保的方法，能够有效抑制同种单体间的偶联，从而获得‌几乎不含均聚偶联缺陷‌的交替共轭聚合物。

核磁共振波谱结果证实了这一点：‌通过DArP聚合得到的产物，其均聚偶联缺陷含量极低，远低于Suzuki聚合产物。‌

‌三、 核心发现：无缺陷聚合物的性能飞跃‌

性能对比实验带来了令人震惊的结果。‌无论针对PTB、PTD还是PDB哪种结构，通过DArP制备的“无缺陷”聚合物，其各项光诊疗性能均全面碾压通过Suzuki制备的“有缺陷”聚合物。‌

• ‌光敏化效率大幅提升‌：PTD-DArP的羟基自由基（·OH）生成效率达到了PTD-Suzuki的‌14倍‌。
• ‌荧光强度显著增强‌：PDB-DArP在近红外II区的荧光强度是PDB-Suzuki的‌两倍‌。
• ‌活性氧生成能力全面优化‌：单线态氧（¹O₂）、超氧阴离子（O₂⁻）等关键活性氧物种的产率均获得数倍至数十倍的提升。

这些数据清晰地表明，‌消除微量的均聚偶联缺陷，能够带来聚合物光诊疗性能的质的飞跃。‌

‌四、 机理深挖：1%的缺陷如何“锁死”性能？‌

性能差异如此巨大，其背后的机理是什么？研究团队开启了层层深入的探测。

首先，他们通过化学合成的方法，向原本无缺陷的PTD-DArP聚合物中‌精准引入仅1%的D-D或A-A缺陷‌，以模拟PTD-Suzuki的结构。结果发现，‌这1%的缺陷引入后，聚合物的荧光强度骤降，¹O₂和O₂⁻的生成效率几乎腰斩。‌ 这一对照实验直接证实，‌均聚偶联缺陷正是导致性能下降的关键因素。‌

更有趣的是，当通过‌物理共混‌的方式将同样结构的缺陷分子与无缺陷聚合物混合时，性能几乎不受影响。这说明，‌缺陷必须化学键合、嵌入到共轭聚合物的主链中，才能发挥其“破坏性”作用。‌

那么，为什么1%的微量缺陷就能引发“雪崩式”的性能衰退？超快光谱研究给出了答案：

• 在‌无缺陷‌的共轭聚合物中，光激发产生的激子可以沿着连续、规整的共轭主链自由移动，具有‌相对较长的寿命‌。这为激子通过能量转移或电子转移过程生成荧光或活性氧提供了充足的时间，从而‌增强了荧光强度和光敏化效率‌。
• 当引入‌均聚偶联缺陷‌后，这些缺陷位点会充当 ‌“激子陷阱”‌ 。它们不仅‌阻碍了激子沿主链的扩散‌，其自身还具有‌快速的非辐射衰变特性‌。激子一旦被这些缺陷捕获，便会通过非辐射途径迅速耗散能量，导致激子寿命‌大幅缩短‌，进而造成荧光猝灭和光敏化效率的降低。

‌简言之，均聚偶联缺陷就像主链上的“路障”和“能量黑洞”，极少量即可截断激子的“高速公路”，并快速消耗其能量，导致整体性能崩溃。‌

‌五、 普适性验证：从个例到规律的升华‌

为了证明“‌无缺陷策略‌”的有效性并非个例，而是领域内可能存在的普遍规律，研究团队从已发表的文献中挑选了几例被报道为高性能的共轭聚合物光敏剂，并分别用Suzuki聚合和DArP聚合重新合成。

结果令人信服：‌对于所有选取的聚合物体系，通过DArP得到的无缺陷产物，其光敏活性均较通过Suzuki得到的有缺陷产物有了显著提升。‌ 其中，一个以二噻吩并环戊二烯为给体、苯并噻二唑为受体的共轭聚合物提升最为惊人，其单线态氧、超氧阴离子和羟基自由基的产生效率分别提高了‌4.0倍、11.8倍和9.8倍‌。‌这一发现强烈提示，过去许多基于Suzuki聚合报道的“高性能”共轭聚合物光敏剂，其性能可能尚未触及天花板。通过消除均聚偶联缺陷，它们的潜力有望被进一步释放。

‌

‌六、 动物实验：从试管到活体的疗效飞跃‌

理论机制的突破最终需要临床效果的检验。研究团队以PTD聚合物为例，在两种小鼠疾病模型中验证了“无缺陷”策略的治疗优势。

1. ‌4T1皮下瘤模型（光动力治疗）‌：

• 经一次光照治疗后，使用‌PTD-DArP（无缺陷）‌ 治疗的小鼠，其肿瘤抑制率高达‌99.0%‌，展现出近乎完全的肿瘤清除效果。
• 在相同条件下，使用‌PTD-Suzuki（有缺陷）‌ 的治疗组，肿瘤抑制率仅为‌69.2%‌。
• ‌这30%的疗效差距，直接归因于聚合方法不同所引入的微量结构缺陷。‌

2. ‌糖尿病感染伤口模型（光动力抗菌治疗）‌：

• 实验结果同样表明，‌PTD-DArP‌ 组的抗菌和促伤口愈合效果显著优于 ‌PTD-Suzuki‌ 组。
• 这证明了无缺陷策略在抗感染治疗中也具有重要价值。

‌七、 总结与展望：迈向精准合成的光诊疗材料新时代‌

这项由李振教授、武文博教授和胡方教授团队合作完成的研究，具有里程碑式的意义：

• ‌首次系统揭示‌：明确了共轭聚合物中长期被忽视的‌均聚偶联缺陷‌，是制约其光疗性能的关键因素之一。
• ‌提供解决方案‌：指出‌直接芳基化聚合（DArP）‌ 作为一种绿色合成方法，是制备高性能、低缺陷共轭聚合物光敏剂的有效途径。
• ‌阐明深层机理‌：从激子动力学角度，揭示了微量缺陷作为“激子陷阱”缩短激子寿命、导致性能下降的物理本质。
• ‌验证普适性与疗效‌：在多种聚合物体系和活体动物疾病模型中验证了“无缺陷”策略的优越性和广泛适用性。

‌这项工作不仅是对共轭聚合物合成化学的一次重要修正，更是对光诊疗材料领域的一次理念刷新。它告诉我们，追求极致的材料性能，有时不在于创造全新的结构，而在于对现有合成过程进行“精益求精”的优化，去除那些被视为“必然”的微小瑕疵。未来，针对其他类型聚合物缺陷的深入研究，以及更精准、更绿色的聚合方法的开发，必将推动光动力治疗、荧光成像等生物医学技术向着更高效、更安全的方向快速发展。‌

‌论文信息‌：Homocoupling-Defect-Free Alternating Conjugated Polymers with Enhanced Photosensitization for PhototherapyJucai Gao,# Yu Tian,# Yonggang Li,# Yajing Jiang, Yujun Xie, Fang Hu,* Wenbo Wu* and Zhen Li*Advanced Materials, 2026, e20477.原文链接：https://doi.org/10.1002/adma.202520477