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聚集誘導發光染料在三光子熒光穿顱腦成像中的應用

發布時間：2020-09-01 作者：harry 分享到：

利用光學信號可視化觀察大腦的自然狀態是研究常見腦部疾病的重要方法。雙光子熒光（2PF）顯微成像因其激發光在傳統的近紅外區（NIR-I，700-1000 nm），廣泛應用于活體生物組織成像領域。然而，即使借助于腦部的顱窗，因激發光束在生物組織中的信號衰減，2PF成像方式通常局限于腦部淺層組織的成像。由于顱骨的不完整，會導致術后動物存活率低。此外，對于大腦自然狀態的干擾和腦組織的發炎是難以避免的干擾因素，會導致腦血管成像質量的降低。

與傳統的2PF成像方式不同，三光子熒光（3PF）顯微成像利用近紅外二區（NIR-II，1000-1700 nm）波段內的激發光和更高階的非線性光學效應，**的提高了穿透深度、時間和空間分辨和信號背景比（SBR）。盡管如此，3PF成像的一個主要限制是缺少具有大的三光子吸收截面和高的熒光量子效率的有機染料。

聚集誘導發光（AIE）的有機染料因其良好的光穩定性和生物兼容性等特征，近年來已有不少AIE發光染料被合成出來。但是，大多數的染料是基于四苯乙烯（TPE）的分子骨架，具有相對復雜的分子結構，這增加了AIE分子設計和合成的難度。因此，設計分子結構簡單、合成簡便的擁有突出三光子熒光特性的**AIE生物熒光材料，仍然是一個難題。

基于上述問題，中山大學材料科學與工程學院秦瑋研究員、梁國棟教授與浙江大學光電學院錢駿教授課題組和香港科技大學唐本忠院士團隊合作，設計和合成了AIE熒光分子BTF。該分子結構中有電子給體三苯胺（TPA）、電子受體富馬腈（FN）和叔丁基（t-Bu）基團，它具有**的電子給體-受體（D-A）結構，使分子具有深紅/近紅外發射和**的多光子吸收的能力。該分子化學結構簡單、合成簡易，擁有**的AIE特征和**的固態熒光量子產率（42.6%）。合成的該AIE分子能夠通過簡單的納米沉淀的方法，制備成尺寸均勻的AIE點。該AIE點擁有高的發光效率、優良的生物相容性、大的Stokes位移、良好的光穩定性和大的三光子吸收截面。該AIE點可作為**的三光子熒光納米探針，對活體小鼠顱骨下血管進行三光子熒光成像。這次報道利用AIE點作為三光子熒光納米探針對完整顱骨下腦血栓過程進行高分辨活體生物成像。這項工作將會有助于研發新的**非線性發光染料，用于非侵入性活體生物成像和常見腦部疾病的研究。該項研究工作的相關研究結果發表在近期的Advanced Materials（DOI:10.1002/adma.202000364）上。這項研究得到了國家自然科學基金、中央高校基本科研業務費專項資金、浙江省自然科學基金、香港研究資助局和創新科技署等的資金支持。

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