Abstract Precise diagnostics are of significant importance to the optimal treatment outcomes of patients bearing brain tumors. NIR‐II fluorescence imaging holds great promise for brain‐tumor diagnostics with deep penetration and high sensitivity. This requires the development of organic NIR‐II fluorescent agents with high quantum yield (QY), which is difficult to achieve. Herein, the design and synthesis of a new NIR‐II fluorescent molecule with aggregation‐induced‐emission (AIE) characteristics is reported for orthotopic brain‐tumor imaging. Encapsulation of the molecule in a polymer matrix yields AIE dots showing a very high QY of 6.2% with a large absorptivity of 10.2 L g −1 cm −1 at 740 nm and an emission maximum near 1000 nm. Further decoration of the AIE dots with c‐RGD yields targeted AIE dots, which afford specific and selective tumor uptake, with a high signal/background ratio of 4.4 and resolution up to 38 µm. The large NIR absorptivity of the AIE dots facilitates NIR‐I photoacoustic imaging with intrinsically deeper penetration than NIR‐II fluorescence imaging and, more importantly, precise tumor‐depth detection through intact scalp and skull. This research demonstrates the promise of NIR‐II AIE molecules and their dots in dual NIR‐II fluorescence and NIR‐I photoacoustic imaging for precise brain cancer diagnostics.

Abstract Brain tumor is one of the most lethal cancers owing to the existence of blood–brain barrier and blood–brain tumor barrier as well as the lack of highly effective brain tumor treatment paradigms. Herein, cyclo(Arg‐Gly‐Asp‐D‐Phe‐Lys(mpa)) decorated biocompatible and photostable conjugated polymer nanoparticles with strong absorption in the second near‐infrared (NIR‐II) window are developed for precise photoacoustic imaging and spatiotemporal photothermal therapy of brain tumor through scalp and skull. Evidenced by the higher efficiency to penetrate scalp and skull for 1064 nm laser as compared to common 808 nm laser, NIR‐II brain‐tumor photothermal therapy is highly effective. In addition, via a real‐time photoacoustic imaging system, the nanoparticles assist clear pinpointing of glioma at a depth of almost 3 mm through scalp and skull with an ultrahigh signal‐to‐background ratio of 90. After spatiotemporal photothermal treatment, the tumor progression is effectively inhibited and the survival spans of mice are significantly extended. This study demonstrates that NIR‐II conjugated polymer nanoparticles are promising for precise imaging and treatment of brain tumors.

Diagnostics of cerebrovascular structures and microscopic tumors with intact blood-brain barrier (BBB) significantly contributes to timely treatment of patients bearing neurological diseases. Dual NIR-II fluorescence and photoacoustic imaging (PAI) is expected to offer powerful strength, including good spatiotemporal resolution, deep penetration, and large signal-to-background ratio (SBR) for precise brain diagnostics. Herein, biocompatible and photostable conjugated polymer nanoparticles (CP NPs) are reported for dual-modality brain imaging in the NIR-II window. Uniform CP NPs with a size of 50 nm are fabricated from microfluidics devices, which show an emission peak at 1156 nm with a large absorptivity of 35.2 L g-1 cm-1 at 1000 nm. The NIR-II fluorescence imaging resolves hemodynamics and cerebral vasculatures with a spatial resolution of 23 µm at a depth of 600 µm. The NIR-II PAI enables successful noninvasive mapping of deep microscopic brain tumors (<2 mm at a depth of 2.4 mm beneath dense skull and scalp) with an SBR of 7.2 after focused ultrasound-induced BBB opening. This study demonstrates that CP NPs are promising contrast agents for brain diagnostics.

Conjugated polymer nanoparticles (CP NPs) are emerging candidates of "all-in-one" theranostic nanoplatforms with dual photoacoustic imaging (PA) and photothermal therapy (PTT) functions. So far, very limited molecular design guidelines have been developed for achieving CPs with highly efficient PA and PTT performance. Herein, by designing CP1, CP2, and CP3 using different electron acceptors (A) and a planar electron donor (D), we demonstrate how the D-A strength affects their absorption, emission, extinction coefficient, and ultimately PA and PTT performance. The resultant CP NPs have strong PA signals with high photothermal conversion efficiencies and excellent biocompatibility in vitro and in vivo. The CP3 NPs show a high PA signal to background ratio of 47 in U87 tumor-bearing mice, which is superior to other reported PA/PTT theranostic agents. A very small IC50 value of 0.88 μg/mL (CP3 NPs) was obtained for U87 glioma cell ablation under laser irradiation (808 nm, 0.8 W/cm2, 5 min). This study shows that CP NP based theranostic platforms are promising for future personalized nanomedicine.

Untreated wastewater harbors dangerous pathogens, chemicals, and pollutants, posing grave public health threats. Nowadays, there is a rising demand for eco-friendly technologies for wastewater treatment. Recently, piezoelectric materials-based wastewater treatment technology has captured considerable interest among researchers because of its noninvasiveness and rapidity. Herein, a highly efficient piezoelectric composite material is designed with chitosan-incorporated bismuth ferrite (BFO) nanocrystals, to decompose pollutants and ablate bacteria in wastewater. On one hand, piezoelectric BFO has shown exclusive piezo-coefficient for ultrasound-mediated reactive oxygen species (ROS) production. On the other hand, chitosan depicts its biocompatible nature, which not only promotes cellular adhesion but also significantly elevates the ROS production capabilities of BFO under ultrasound. The synergistic effect of these two piezoelectric units in one composite entity shows an improved ROS production, eradicating ∼87.8% of Rhodamine B within 80 min under soft ultrasound treatment (rate constant, k ≈ 0.02866 min −1 ). After performing the scavenger experiment, it has been found that hydroxyl radicals are the dominating factor in this case. Further, the reusability of the composite piezocatalyst is confirmed through multiple cycles (five times) of the same experiment. The high polarizability of the composite material facilitates the generation of piezoelectric power through finger tapping (∼12.05 V), producing substantial instantaneous piezo-voltage. Moreover, the sample exhibits remarkable antibacterial activity, with nearly 99% bacterial eradication within 30 min. This indicates a significant advancement in utilizing biopolymeric composites incorporated with BFO for fabricating versatile devices with multidimensional applications.

Structural lithium batteries integrated with energy storage and mechanical load‐bearing capabilities hold great promise to revolutionize lightweight transport vehicles. However, the current development of structural batteries faces critical challenges in balancing the electrochemical and mechanical properties of the electrolytes. Herein, a super strong quasi‐solid composite polymer electrolyte (QCPE) is successfully fabricated by reinforcing polyelectrolyte with 3D in situ self‐assembled metal–organic framework‐modified glass fiber (MOF@GF) soaking a small amount of liquid electrolyte, which provides continuous ion conductive pathways for fast Li + transport and contributes to the high ambient ionic conductivity of 1.47 × 10 −3 S cm −1 . The micropores and abundant polar functional groups selectively restrict the transport of anions to afford a homogeneous Li + flux and a high Li + transference number (0.56). Simultaneously, the MOF@GF provides more effective reinforcement and a remarkably high tensile strength of 48.6 MPa, and Young's modulus of 1.66 GPa is achieved. Furthermore, the lithium metal batteries fabricated with this QCPE exhibit a long, stable operation lifespan of 2000 h and excellent cycling performance with LiFePO 4 and NCM811 cathodes. This design strategy generally opens a new avenue for structural batteries with high ionic conductivity and outstanding mechanical properties, which holds great promise for industrial translation.

Second near-infrared (NIR-II) fluorescence imaging is the most advanced imaging fidelity method with extraordinary penetration depth, signal-to-background ratio, biocompatibility, and targeting ability. It is currently booming in the medical realm to diagnose tumors and is being widely applied for fluorescence-imaging-guided tumor surgery. To efficiently execute this modern imaging modality, scientists have designed various probes capable of showing fluorescence in the NIR-II window. Here, we update the state-of-the-art NIR-II fluorescent probes in the most recent literature, including indocyanine green, NIR-II emissive cyanine dyes, BODIPY probes, aggregation-induced emission fluorophores, conjugated polymers, donor-acceptor-donor dyes, carbon nanotubes, and quantum dots for imaging-guided tumor surgery. Furthermore, we point out that the new materials with fluorescence in NIR-III and higher wavelength range to further optimize the imaging results in the medical realm are a new challenge for the scientific world. In general, we hope this review will serve as a handbook for researchers and students who have an interest in developing and applying fluorescent probes for NIR-II fluorescence-imaging-guided surgery and that it will expedite the clinical translation of the probes from bench to bedside.

Abstract Background Cancer stem cells (CSCs) play a vital role in the occurrence, maintenance, and recurrence of solid tumors. Although, miR-145-5p can inhibit CSCs survival, poor understanding of the underlying mechanisms hamperes further therapeutic optimization for patients. Lentivirus with remarkable transduction efficiency is the most commonly used RNA carrier in research, but has shown limited tumor-targeting capability. Methods We have applied liposome to decorate lentivirus surface thereby yielding liposome-lentivirus hybrid-based carriers, termed miR-145-5p-lentivirus nanoliposome (MRL145), and systematically analyzed their potential therapeutic effects on liver CSCs (LCSCs). Results MRL145 exhibited high delivery efficiency and potent anti-tumor efficacy under in vitro and in vivo. Mechanistically, the overexpressed miR-145-5p can significantly suppress the self-renewal, migration, and invasion abilities of LCSCs by targeting Collagen Type IV Alpha 3 Chain (COL4A3). Importantly, COL4A3 can promote phosphorylating GSK-3β at ser 9 (p-GSK-3β S9) to inactivate GSK3β, and facilitate translocation of β-catenin into the nucleus to activate the Wnt/β-catenin pathway, thereby promoting self-renewal, migration, and invasion of LCSCs. Interestingly, COL4A3 could attenuate the cellular autophagy through modulating GSK3β/Gli3/VMP1 axis to promote self-renewal, migration, and invasion of LCSCs. Conclusions These findings provide new insights in mode of action of miR-145-5p in LCSCs therapy and indicates that liposome-virus hybrid carriers hold great promise in miRNA delivery. Graphical abstract