荧光成像具有高灵敏度、实时可控和设备简单等优点。目前，阻碍荧光成像大规模临床应用的问题是穿透深度比较浅。实现荧光成像深度的突破对该技术的临床转化具有非常重要的意义。与可见光区（400-700 nm）和传统的近红外I区（700-950 nm）相比，近红外II区（1000-1700 nm）具有更弱的组织吸收、散射、发射和自发荧光，因此有利于提高组织的穿透能力。近年来，近红外I区激发和近红外II区发射的成像模式受到了广泛的关注。另一种相反的成像策略，即近红外II激发、近红外I发射尚无报道。利用长波长近红外光（如1300 nm）的极强穿透能力，人们可以有效地降低生物组织和光的相互作用，实现深层的高分辨率成像。
图1. 不同激发光波长的脑部成像深度示意图
最近，香港科技大学的唐本忠院士和浙江大学的钱骏教授合作，首次报道了聚集诱导发光（AIE）材料用于1300 nm近红外II区激发和近红外I区发射的活体双光子成像，在老鼠脑部的成像深度超过1000 μm。在前期的研究工作中，唐本忠院士团队实现了基于AIE材料的近红外光声成像（ACS Nano, 2017, 11, 7177）、近红外II区荧光成像（Adv. Mater., 2018, 30, 1706856）以及荧光-光声双模式可控成像及治疗（Nat. Commun., 2018, 9, 1848）等。与普通的荧光成像相比，双光子荧光成像模式具有自身的一些独特优点，包括激发光能量低、光损伤小、组织穿透能力强、成像分辨率高等。传统双光子成像的激发波段主要位于680-1040 nm的波长范围，发射光谱则主要位于700 nm以下的可见光波段，因此其穿透深度只有几百微米（图1）。研究结果表明，1300 nm和1700 nm这两个波长的光具有最小的激发衰减性质，可以实现更好的穿透深度和成像效果。然而，传统有机染料面临“聚集导致荧光淬灭”（ACQ）等问题，尤其是共轭性比较大的近红外分子更会面临这一问题，使长波长激发的双光子成像变得非常困难。
图2. “螃蟹”形状的AIE分子结构和纳米粒子的性质
为了解决以上问题，作者设计并合成了“螃蟹”形状的给-受体（D-A）型AIE分子（图2）。该分子的中间部分是具有很强D-A作用的平面结构，有利于实现大的双光子吸收截面。分子上含有多个可以自由转动的分子转子，可以有效地克服ACQ问题，并实现AIE特性，得到高荧光量子产率。作者将该AIE分子包覆成尺寸约为35 nm的纳米粒子，其最大吸收位于635 nm，发射波长则可以覆盖700-1200 nm的范围。该AIE纳米粒子具有很好的稳定性，其抗光漂白和抗活性氧氮（RONS）的能力好于FDA认证的吲哚菁绿（ICG）染料。
图3. AIE纳米粒子的双光子激发性质
图4. 活体老鼠脑部的双光子荧光显微成像
AIE纳米粒子的最大吸收波长为635 nm，其两倍刚好位于1300 nm的“透明”窗口附近。在1300 nm飞秒激光器的激发下，AIE纳米粒子具有很强的荧光发射（图3）。该AIE纳米粒子的荧光量子产率可以达到13.9%，其双光子吸收截面为1.22×103 GM，高于常用的有机染料。将AIE纳米粒子通过尾静脉注入到老鼠体内后，在1300 nm飞秒激光的激发下，老鼠的脑部双光子荧光显微成像结果表明，1065 μm深度的毛细血管仍然清晰可见，在脑部白质区（>840 μm）和海马体区（>960 μm）都可以实现3.5 μm的超高分辨率（图4），是目前活体内双光子荧光成像的最佳效果。同时，脑部血管的三维结构也清晰可见，包括大血管、毛细血管以及血管连接部位等。该双光子成像结果主要得益于1300 nm近红外II区激发和近红外I区发射的性质，优于传统的近红外I区激发和可见光区发射模式。该研究结果表明，有机AIE材料可以实现与无机半导体量子点等相媲美的成像效果，为有机材料的生物医学应用提供了新的思路。
这一成果近期发表在ACS Nano 上，文章的第一作者为香港科技大学的博士后齐迹和浙江大学的研究生孙超伟。
该论文作者为：Ji Qi, Chaowei Sun, Dongyu Li, Hequn Zhang, Wenbin Yu, Abudureheman Zebibula, Jacky W. Y. Lam, Wang Xi, Liang Zhu, Fuhong Cai, Peifa Wei, Chunlei Zhu, Ryan T. K. Kwok, Lina L. Streich, Robert Prevedel, Jun Qian, Ben Zhong Tang
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Aggregation-Induced Emission Luminogen with Near-Infrared-II Excitation and Near-Infrared‑I Emission for Ultradeep Intravital Two-Photon Microscopy
ACS Nano, 2018, 12, 7936, DOI: 10.1021/acsnano.8b02452
唐本忠院士简介
唐本忠，1982年于华南理工大学获学士学位，1985年、1988年先后获日本京都大学硕士、博士学位；曾在多伦多大学化学与药学系从事博士后研究、日本NEOS公司中央研究所任高级研究员；1994年至今历任香港科技大学化学系助理教授、副教授、教授、讲座教授、张鉴泉理学教授；2006年受聘为浙江大学“光彪讲座教授”；2009年当选中国科学院院士；2012年至今担任华南理工大学-香港科技大学联合实验室主任；2012年起受聘为华南理工大学双聘院士；2012年至2014年间兼任香港科技大学生物医学工程学系讲座教授；2015年担任国家工程技术研究中心香港分中心主任。
唐本忠的主要研究领域包括：（1）研发具有光、电、磁和生物功能的先进材料，特别是具有聚集诱导发光特性的荧光材料，并拓展这些材料在诸如光电器件，高灵敏度的化学、生物探针体系和生物荧光成像等领域中的应用；（2）设计合成新型高性能的聚合单体，构筑新型的大分子；（3）探索适用于线性和超支化共轭有机或有机金属聚合物合成的新型聚合体系，开发适应于多种官能团的具有立体选择性的催化体系和聚合反应；已发表学术论文1200多篇，总引用超过72,000次，h因子为128；作为项目负责人承担了总资金约4000万港币和8000万人民币的科研项目80余项，其中包括国家自然科学基金委基础科学中心项目1项、国家重点基础研究计划（973计划）1项、国家杰出青年基金1项、国家自然科学基金3项、国际合作项目3项等；在学术会议上参与400多场邀请报告，拥有50多项专利；现任ACS新闻周刊Noteworthy Chemistry专栏科学新闻撰稿人、Materials Chemistry Frontier (RSC)总主编、英国皇家化学学会（RSC）高分子化学丛书主编、Polymer Chemistry（RSC）和Progress in Chemistry杂志副主编以及20多家国际科学杂志顾问、编委或客座编辑等。
唐本忠先后获得多项荣誉及奖励，于2002年获得由国家自然科学基金授予的“杰出青年学者”（B类，海外华裔科学家）称号，2007年获国家自然科学二等奖、Croucher基金会高级研究员奖、中国化学会王葆仁奖和Elsevier杂志社冯新德奖，2012获Science China Chemistry杰出贡献奖、美国化学学会高分子材料部：科学与工程分会Macro2012讲座奖等，2014年获伊朗国家科技部科学技术研究组织颁发的Khwarizmi国际奖，2015年获广州市荣誉市民，2014-2017年连续当选全球材料和化学领域“高被引科学家”。2016年，AIE纳米粒子被Nature列为支撑即将来临的纳米光革命的四大纳米材料之一，是唯一一种由中国科学家原创的新材料；同年，美国CNBC电视台以“Year of Cancer”的主题实况专访唐院士，向全球直播介绍AIE荧光探针在识别癌症细胞等领域的应用；以第一项目完成人身份凭“聚集诱导发光”项目获得2017年度国家自然科学一等奖。
http://www.x-mol.com/university/faculty/49585
钱骏教授简介
钱骏，浙江大学光电科学与工程学院教授，博士生导师，浙江大学医学院附属邵逸夫医院兼聘教授，浙江省杰出青年基金获得者，浙江大学现代光学仪器国家重点实验室主任助理；2004年在浙江大学光电系获学士学位，2009年在浙江大学光电系获博士学位，2009年7月至2011年6月在浙江大学光及电磁波研究中心从事博士后研究，2011年6月至2011年12月在浙江大学光电系担任讲师，2012年1月至2015年12月在光电系担任副教授，2016年1月至今在光电学院担任教授；2006年至2007年曾在美国纽约州立大学布法罗分校“激光、光子学、生物光子学研究中心”进行学术访问，师从纳米生物光子学的国际领军人物Paras N. Prasad教授。
钱骏主要从事“大深度光学生物成像”的研究，近几年重点开展了“活体多光子荧光显微成像”和“活体近红外荧光成像”的工作，共发表SCI论文70多篇，其中第一/通讯作者论文50篇（包括IF>10的12篇），包括Nat. Commun.、Nat. Rev. Chem.等在内的期刊SCI他引1600多次，单篇最高SCI他引210多次，三篇第一/通讯作者论文入选“ESI高被引论文”，H-index为26，一项工作入选“2012中国光学重要成果”；应邀担任Optics Letters、Biomedical Optics Express、Advanced Optical Materials、Advanced Functional Materials、Biomaterials、Small、Nanoscale 等高水平学术期刊审稿人；撰写了英文学术专著三章节，申请中国发明专利14项（授权4项），在国内外学术会议上作邀请报告10余次，入选浙江省“新世纪151人才工程”；主持了国家自然科学基金面上、青年项目，973子课题（两项），863子课题，国家自然科学基金重点项目。
http://www.x-mol.com/university/faculty/48486
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