近日，浙江大學光電科學與工程學院錢駿教授課題組報道了一種以AIE納米粒子為探針的近紅外二區熒光活體共聚焦顯微術，成功實現了800 μm深度的高空間分辨的活體鼠腦三維成像以及活體鼠腦近紅外二區熒光壽命成像。浙江大學光電學院碩士研究生虞文斌和新加坡國立大學的郭兵博士為該論文的共同第一作者。相關研究作為封面文章發表于Science Bulletin 2019年第6期。
傳統的有機染料存在著“聚集導致猝滅”（Aggregation-caused quenching, ACQ）效應，即在聚集態或者高濃度情況下發光減弱甚至完全不發光——這大大限制了它們在生物成像中的應用。2001年，唐本忠院士團隊首次提出了具有中國自主知識產權的“聚集誘導發光（Aggregation-induced emission, AIE）”概念，很好地解決了這一難題。AIE分子在聚集態或固態時，發光效率會顯著地提高，這一特性使其在生物醫學成像領域具有很好的應用前景。
所謂“近紅外二區”，指的是900~1700 nm波段。近紅外二區光在生物組織中的散射小，其衰減和彌散可以得到有效的抑制。因此，利用發射波段位于近紅外二區的熒光探針開展活體生物成像，能獲得比傳統的近紅外熒光成像更大的成像深度和更高的空間分辨率。此外，生物組織在近紅外二區波段的自發熒光相對較小，使得近紅外二區熒光活體成像也具有很高的成像信噪比。目前，近紅外二區熒光活體成像系統主要基于“寬場激發、面陣(InGaAs相機)探測”的工作方式。這一成像模式具有很好的實時性和操作性，但會不可避免地接收到離焦的熒光信號，導致圖像的空間分辨率仍存在不足。 在本工作中，錢駿研究團隊基于793 nm 連續激光逐點掃描激發、InGaAs 光電倍增管逐點探測的模式，實現了近紅外二區熒光共聚焦顯微活體成像系統。由于采用針孔進行了空間濾波，因此有效地阻擋了離焦熒光信號，既提升了近紅外二區熒光成像的空間分辨率和信噪比，又使其獲得了三維層析的能力。研究團隊進而以AIE納米顆粒(TB1 dots)為近紅外二區熒光探針，首次實現了活體鼠腦成像, 獲得了800 μm深度的三維腦血管結構，且在鼠腦700 μm深度處仍保持了8.78 μm的空間分辨率 在此基礎上，研究團隊引入時間相關單光子計數（TCSPC）技術和飛秒激光，搭建了一套近紅外二區熒光壽命共聚焦顯微活體成像系統，既提升了系統對微弱熒光的探測能力，又獲得了熒光的壽命信息，進而對AIE納米顆粒標記的鼠腦血管實現了近紅外二區熒光壽命顯微活體成像。 該研究工作獲得了國家自然科學基金、科技部973項目、浙江省杰出青年科學基金等項目的資助，也得到了新加坡國立大學劉斌教授的大力支持。