近红外二区荧光活体共聚焦扫描显微术【Science Bulletin封面文章】

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       近日，浙江大学光电科学与工程学院钱骏教授课题组报道了一种以AIE纳米粒子为探针的近红外二区荧光活体共聚焦显微术，成功实现了800 μm深度的高空间分辨的活体鼠脑三维成像以及活体鼠脑近红外二区荧光寿命成像。浙江大学光电学院硕士研究生虞文斌和新加坡国立大学的郭兵博士为该论文的共同第一作者。相关研究作为封面文章发表于Science Bulletin 2019年第6期。

       传统的有机染料存在着“聚集导致猝灭”（Aggregation-caused quenching, ACQ）效应，即在聚集态或者高浓度情况下发光减弱甚至完全不发光——这大大限制了它们在生物成像中的应用。2001年，唐本忠院士团队首次提出了具有中国自主知识产权的“聚集诱导发光（Aggregation-induced emission, AIE）”概念，很好地解决了这一难题。AIE分子在聚集态或固态时，发光效率会显著地提高，这一特性使其在生物医学成像领域具有很好的应用前景。

        所谓“近红外二区”，指的是900~1700 nm波段。近红外二区光在生物组织中的散射小，其衰减和弥散可以得到有效的抑制。因此，利用发射波段位于近红外二区的荧光探针开展活体生物成像，能获得比传统的近红外荧光成像更大的成像深度和更高的空间分辨率。此外，生物组织在近红外二区波段的自发荧光相对较小，使得近红外二区荧光活体成像也具有很高的成像信噪比。目前，近红外二区荧光活体成像系统主要基于“宽场激发、面阵(InGaAs相机)探测”的工作方式。这一成像模式具有很好的实时性和操作性，但会不可避免地接收到离焦的荧光信号，导致图像的空间分辨率仍存在不足。

        在本工作中，钱骏研究团队基于793 nm 连续激光逐点扫描激发、InGaAs 光电倍增管逐点探测的模式，实现了近红外二区荧光共聚焦显微活体成像系统。由于采用针孔进行了空间滤波，因此有效地阻挡了离焦荧光信号，既提升了近红外二区荧光成像的空间分辨率和信噪比，又使其获得了三维层析的能力。研究团队进而以AIE纳米颗粒(TB1 dots)为近红外二区荧光探针，首次实现了活体鼠脑成像, 获得了800 μm深度的三维脑血管结构，且在鼠脑700 μm深度处仍保持了8.78 μm的空间分辨率（图）。

       在此基础上，研究团队引入时间相关单光子计数（TCSPC）技术和飞秒激光，搭建了一套近红外二区荧光寿命共聚焦显微活体成像系统，既提升了系统对微弱荧光的探测能力，又获得了荧光的寿命信息，进而对AIE纳米颗粒标记的鼠脑血管实现了近红外二区荧光寿命显微活体成像。

       该研究工作获得了国家自然科学基金、科技部973项目、浙江省杰出青年科学基金等项目的资助，也得到了新加坡国立大学刘斌教授的大力支持。

全 文 阅 读 

Yu W, Guo B, Zhang H, et al. NIR-II fluorescence in vivo confocal microscopy with aggregation-induced emission dots. Science Bulletin, 2019, 64(6): 410-416

https://doi.org/10.1016/j.scib.2019.02.019

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