國科大在光功能材料研究中取得進展

近日，中國科學院大學化學科學學院教授田志遠課題組在近紅外（near-infrared，NIR）光學活性材料的設計構建及生物應用研究中取得進展，設計構建了具有雙光子激發(fā)、近紅外發(fā)射特性的仿生熒光探針并成功將其應用于活體腫瘤的高清晰度熒光成像。

由于具有高靈敏度、優(yōu)良的時-空分辨率、相對于其它技術而言的良好生物兼容性等特性，基于光學活性材料的熒光探測及診療技術已在生命科學及生物醫(yī)學領域發(fā)揮日益重要的作用。生物熒光成像需要由外源性熒光團提供讀出信號或增強成像的對比度，這使得熒光探測手段的功效在很大程度上取決于熒光探針的性能。傳統(tǒng)生物熒光成像所使用的熒光探針多以可見光作為激發(fā)源、而且信標光位于可見光區(qū)；而對于以深源的細胞或組織為探測目標的應用而言，這類激發(fā)光和信標光都位于可見光區(qū)的熒光成像會在穿透深度上受到很大限制。

針對以上問題，田志遠帶領的低維光學活性材料與生物探測實驗室近年來在新型熒光探針的設計構建及其生物探測方面開展了系統(tǒng)研究：設計構建了用NIR光通過雙光子吸收過程進行激發(fā)、發(fā)射NIR熒光的復合型聚合物熒光探針，其熒光成像穿透深度可高達1.2毫米、對深置目標及具有一定厚度的生物樣品進行成像具有實用意義（ACS Applied Mater. Interfaces，2015，7，20640-20648）；設計合成了一類可用NIR光觸發(fā)、具有良好的生物兼容性及隱身能力、優(yōu)越的氧氣通透性及對活性單重態(tài)氧的遞送能力、可進行程序化遞送的光動力學治療（PDT）納米載體，實現(xiàn)了對模型小動物腫瘤極為有效的光動力學治療效果（Nanoscale，2015，7，9806-9815）；構建了具有超常斯托克斯位移（大于200nm）的NIR熒光開關探針，基于超常的斯托克斯位移、NIR熒光信號、及動態(tài)比照熒光開關轉換三重機制的共同作用，成功克服背景噪音的干擾、將細胞內熒光成像的靈敏度提高兩個數(shù)量級（ACS Appl. Mater. Interfaces，2016，8，4399-4406)。
在前期工作的基礎上，田志遠課題組在近日設計并合成了將具有雙光子激發(fā)特性的能量捕獲單元和能發(fā)射NIR熒光的能量受體單元集成到了聚合物分子鏈中的新型嵌段共聚共軛聚合物，并基于這種光學活性聚合物構建了腫瘤細胞膜包覆的、可實現(xiàn)NIR光激發(fā)、NIR熒光發(fā)射的“NIR input-NIR outgoing”的仿生熒光探針。這種熒光探針以波長在具有最大光通透性的生物窗口范圍的光（700-1000nm）為激發(fā)源且具有雙光子激發(fā)熒光（two-photon excited fluorescence，TPEF）特性，無需將能量給體與受體進行摻雜，在確保探針結構穩(wěn)定性的前提下實現(xiàn)高的熒光成像穿透深度。該探針所具有的高度特異性靶向能力及對活體腫瘤的高清晰度熒光成像能力在模型荷瘤小鼠實驗中得到了充分驗證。

國科大在光功能材料研究中取得系列進展 相關研究成果發(fā)表在ACS Nano上，第一作者為博士研究生呂巖霖。該研究得到了國家自然科學基金委、中科院率先行動“百人計劃”、國科大的資助，以及中科院過程工程研究所生化工程國家重點實驗室研究員馬光輝、魏煒課題組，哈爾濱工業(yè)大學材料科學與工程學院教授張勇課題組的合作。