Advanced Materials:AIE纳米晶体用于活体深层高分辨三次谐波成像

非线性光学成像由于其独特的深度光学切片能力,高空间分辨率和对生物样本的三维重建能力,已成为生物成像研究领域的热点方向。此前的非线性光学成像研究工作主要集中在双光子荧光成像。在双光子激发荧光过程中,双光子荧光强度与激发光功率的二次方成正比。与之相比,三光子荧光和三次谐波产生的强度均与激发光的三次方成正比。因此,三光子荧光成像和三次谐波成像相比于双光子荧光成像具有更高的空间分辨率;此外,由于三光子荧光与三次谐波产生所用的激发波长相较于双光子更长,因此具有更大的成像深度。另一方面,尽管三光子荧光和三次谐波产生具有相同的激发光功率依赖性,但三次谐波产生属于三阶非线性光学现象,而三光子荧光属于五阶非线性光学过程。这表明三次谐波产生的激发阈值比三光子荧光低得多。这些特征使三次谐波成像在深层组织和高分辨生物成像领域具有重要的应用前景。然而,受到材料的限制,对于活体深层血管三次谐波成像的研究鲜有报道。

香港科技大学唐本忠院士和浙江大学钱骏教授合作制备出一种具有聚集诱导非线性光学性质(包括双光子/三光子荧光和三次谐波产生)的AIE纳米晶体。进一步研究发现,AIE纳米晶体可用于活体小鼠脑部深层高分辨三次谐波成像,其成像效果远远优于其双光子和三光子荧光成像。相关结果发表在Advanced Materials(Adv. Mater., 2019, 1904799)上。(DOI:10.1002/adma.201904799)

研究者相信,这项工作不仅展示了基于具有良好结晶性的AIE分子制备纳米晶体的简单方法,提出了AIE分子的聚集诱导非线性效应,而且首次成功利用AIE材料实现了活体小鼠脑血管的深层高分辨三次谐波成像,为制备多模式非线性生物成像材料提供了新的思路。