利用红色聚集诱导发光分子制备高效率双光子荧光成像纳米材料

双光子荧光成像是目前广泛应用的一种生物影像分析技术,具有良好的空间分辨率,较深的组织穿透度,对细胞损害性小,抗背景干扰能力强等优点,在无损生物成像方面比单光子荧光成像技术更有优势。在双光子荧光成像中,高性能的双光子吸收和发光材料具有非常重要的作用,材料的双光子吸收截面和荧光量子效率是两个重要的参数,与成像的亮度和对比度密切相关。为了得到具有较大双光子吸收截面的材料,传统的方法是设计合成具有电子给受体结构的大平面共轭分子。这种方法往往需要复杂的合成和分离操作,不利于大规模生产,同时,这类材料往往在溶液中具有良好的发光,而在聚集时容易发生荧光猝灭,导致荧光量子效率大大降低,影响成像效果。

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华南理工大学赵祖金教授、新加坡国立大学刘斌副教授和香港科技大学唐本忠院士及其团队开发了一种制备高效率双光子荧光材料的方法。他们利用简单的方法合成了一类具有聚集诱导发光增强特性的红色噻咯小分子,然后将该分子的聚集体包裹到生物相容性良好的聚合物材料二硬脂酰磷脂酰乙醇胺的聚乙二醇衍生物(DSPE-PEG2000)中,得到了具有高荧光量子效率(32%)和大双光子吸收截面(3.43 × 105 GM)的红色有机纳米粒子。该方法降低了对单个分子的双光子吸收截面要求,简化了分子合成步骤;通过提高聚集分子的载入量来得到具有大双光子吸收截面的纳米颗粒。另一方面,由于噻咯分子的聚集诱导发光增强特性,纳米颗粒表现出优异的荧光量子效率,解决了分子聚集荧光猝灭的问题,同时,聚集体的形成也大大提高了分子的抗光漂白能力。这类噻咯分子具有较大的三线态和单线态能级,能够大大抑制了单线态氧的生成,从而降低了分子的光毒性,所制备的纳米颗粒具有良好的生物相容性。所制备的红色荧光纳米材料已经成功应用于靶向性的双光子细胞成像和肌肉血管成像,效果优异,是一类高效的双光子荧光生物成像材料。相关论文在线发表在Small(DOI: 10.1002/smll.201502822)上。

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