浙大钱骏教授、香港科大教授唐本忠院士与华南理工秦安军教授: 基于聚集诱导发光（AIE）材料的活体鼠脑穿颅三维成像
大脑的无损成像对于研究其精妙的结构，分析其复杂的功能具有非常重要的作用。与传统的X光、磁共振等方法相比，光学成像具有分辨率高、成像速度快、无辐射污染等优点而备受青睐。然而，一般的光学显微成像都要借助脑部开颅或磨颅骨手术，过程繁琐且容易破坏脑血管的完整性。人们亟需一种无需开颅便可以对脑内进行精确、快速、无损成像的方法来辅助脑科学的研究。
近日，浙江大学的钱骏教授团队、香港科技大学的唐本忠院士团队与华南理工大学的秦安军教授团队合成了一种具有聚集诱导发光（AIE）特性的超亮荧光纳米探针，并将其用于标记小鼠的脑血管，在1550 nm飞秒光的激发下实现了活体鼠脑的三光子荧光穿颅成像，深度可达颅骨下300 μm，可分辨出2.4 μm的细小血管。
颅骨对光学成像的影响主要来自于其对激发光和荧光信号的散射和吸收。目前常用的单光子荧光成像激发光波长一般位于较短的蓝紫光，在颅骨中的散射非常明显。激发光波长设置在近红外成像窗口内可以有效地减少颅骨和脑组织造成的散射损失，改善激发光穿透颅骨后在脑组织的聚焦情况，提升成像质量。鉴于目前大多数荧光染料的发射峰都在可见光范围内，将激发光的波长设置在近红外成像窗口内进行三光子吸收是一种有效的激发方式。在三光子吸收中，材料分子同时吸收3个光子跃迁到激发态，其效果可近似认为等同于1/3波长的单光子激发。另外，在三光子激发中，由于荧光信号与激发光强度的三次方成正比，只有在距离聚焦点非常小的区域内才能有效激发出荧光信号，从而有效减少背景荧光的干扰，提升成像的深度和分辨率。
最近，浙江大学的钱骏教授团队、香港科技大学的唐本忠院士团队以及华南理工大学的秦安军教授团队实现了对活体小鼠脑血管的全颅三光子荧光成像。研究团队合成了一种新型的聚集诱导发光（AIE）材料DCDPP-2TPA，并通过包覆将其制备成荧光纳米探针。普通的荧光染料一般都具有聚集诱导淬灭（ACQ）效应，即在高浓度时荧光强度不升反降，由此影响其在纳米探针中的包覆浓度。AIE材料在高浓度时荧光却可以得到增强，故可以在纳米探针中装载非常高的浓度，制备出具有超高亮度的荧光纳米探针。另外，AIE纳米探针在化学稳定性、生物兼容性和抗光漂白性等方面表现也非常出色，AIE纳米颗粒非常适合用作荧光成像的探针。实验团队通过搭建测试光路，发现在1550 nm飞秒光的激发下，DCDPP-2TPA纳米探针发射出很强的三光子荧光信号。荧光的波长位于红光与近红外区域，比蓝绿等波长较短的荧光更易从深层组织中穿透，对成像也十分有利。该团队将DCDPP-2TPA纳米颗粒通过尾静脉注入小鼠，经过血液循环后可以到达脑血管实现标记。在1550 nm飞秒激光的激发下，标记了AIE纳米探针的小鼠置于搭建的三光子荧光成像系统下进行活体穿颅显微成像，可观察到非常完整的血管结构，成像深度可达到颅骨下300 μm，实现非常理想的穿透深度和成像分辨率。相比于此前普遍使用的开颅或磨颅骨的多光子荧光成像方法，该技术实验过程简单，且最大限度地保持了小鼠脑部的完整性，对于进一步研究脑部活动以及血管与神经之间的联系具有非常积极的意义。
这一成果发表在ACS Nano 上，文章的第一作者是浙江大学的汪亚伦博士和香港科技大学的陈明博士。
论文链接：
https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsnano.7b05645
来源：X-MOL
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