三光子荧光显微成像，由于具有成像深度深、空间分辨率高、光损伤小等优点，被广泛应用于小动物脑部成像研究。理想的三光子荧光成像探针应具有较大的三光子吸收截面、较高的荧光量子产率、较好的荧光漂白抗性、可靠的性质稳定性及良好的生物安全性。此外，为了尽可能的实现活体深层组织成像，成像探针的吸收以及发射波长最好处于近红外区间，以减少生物组织吸收以及散射所带来的影响。然而，目前已被报道的三光子成像探针并不能同时满足以上需求，因此，开发并且制备高性能的三光子成像探针在活体深层组织研究中尤为重要。
近年来，聚集诱导发光 (AIE) 材料因其光学性质可编辑、斯托克斯位移大、荧光漂白抗性高及潜在生物毒性小等优点，被广泛应用于生物医学成像领域。近日，深圳大学许改霞课题组联合材料学院王东课题组、光电学院王科课题组系统性的研究了AIE三光子材料的分子构效关系，通过在给电子基团以及吸电子基团上添加苯环（图1），巧妙地开发出了一系列的AIE分子，同时实现了三光子吸收截面的有效提升和荧光量子产率的保留。其中，DPNA-NZ分子具备更大的分子平面性、更强的共轭关系、更显著的分子扭曲，是实现深层组织内三光子成像的优质选择。
图1. AIE三光子小分子材料的结构设计 图片来源：ACS Nano
优选的DPNA-NZ分子在经过DSPE-PEG2000包裹后，形成了物理性质稳定、尺寸均一的纳米探针。这种纳米探针不仅具有高达38.9%的荧光量子效率以及566.93×10-84 cm6 s2/photon2（1665 nm激发时）的三光子吸收截面，还具有近红外一区荧光发射能力（发射峰对应的波长为720 nm）。在1665 nm飞秒激光器的照射下，能够对1700 μm深度的活体小鼠脑血管进行成像（图2），并在深度为1500 μm的脑区实现了血流速度的精确测量，该探针的成像效果显著优于已报道的AIE材料介导的三光子脑血管成像效果。此外，毒性评估实验结果表明，DPNA-NZ纳米颗粒对小鼠血液指标和主要脏器无影响，具有良好的生物安全性。
图2. 基于DPNA-NZ 纳米颗粒的三光子脑血管成像。图片来源：ACS Nano
这一成果近期发表在ACS Nano 上，文章的第一作者是深圳大学博士后徐周睿、副研究员张志军。
Deep-Brain Three-Photon Imaging Enabled by Aggregation-Induced Emission Luminogens with Near-Infrared-III Excitation
Zhourui Xu, Zhijun Zhang, Xiangquan Deng, Jiangao Li, Yihang Jiang, Wing-Cheung Law, Chengbin Yang, Wanjian Zhang, Xiaolin Chen, Ke Wang*, Dong Wang*, and Gaixia Xu*
ACS Nano, 2022, DOI: 10.1021/acsnano.2c01349
导师介绍
许改霞
https://www.x-mol.com/university/faculty/91939
王东
https://www.x-mol.com/university/faculty/65975
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