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  大腦的無損成像對(duì)于研究其精妙的結(jié)構(gòu)，分析其復(fù)雜的功能具有非常重要的作用。與傳統(tǒng)的X光、磁共振等方法相比，光學(xué)成像具有分辨率高、成像速度快、無輻射污染等優(yōu)點(diǎn)而備受青睞。然而，一般的光學(xué)顯微成像都要借助腦部開顱或磨顱骨手術(shù)，過程繁瑣且容易破壞腦血管的完整性。人們亟需一種無需開顱便可以對(duì)腦內(nèi)進(jìn)行精確、快速、無損成像的方法來輔助腦科學(xué)的研究。

  近日，浙江大學(xué)的錢駿教授團(tuán)隊(duì)、香港科技大學(xué)的唐本忠院士團(tuán)隊(duì)與華南理工大學(xué)的秦安軍教授團(tuán)隊(duì)合成了一種具有聚集誘導(dǎo)發(fā)光（AIE）特性的超亮熒光納米探針，并將其用于標(biāo)記小鼠的腦血管，在1550 nm飛秒光的激發(fā)下實(shí)現(xiàn)了活體鼠腦的三光子熒光穿顱成像，深度可達(dá)顱骨下300 μm，可分辨出2.4 μm的細(xì)小血管。

  顱骨對(duì)光學(xué)成像的影響主要來自于其對(duì)激發(fā)光和熒光信號(hào)的散射和吸收。目前常用的單光子熒光成像激發(fā)光波長一般位于較短的藍(lán)紫光，在顱骨中的散射非常明顯。激發(fā)光波長設(shè)置在近紅外成像窗口內(nèi)可以有效地減少顱骨和腦組織造成的散射損失，改善激發(fā)光穿透顱骨后在腦組織的聚焦情況，提升成像質(zhì)量。鑒于目前大多數(shù)熒光染料的發(fā)射峰都在可見光范圍內(nèi)，將激發(fā)光的波長設(shè)置在近紅外成像窗口內(nèi)進(jìn)行三光子吸收是一種有效的激發(fā)方式。在三光子吸收中，材料分子同時(shí)吸收3個(gè)光子躍遷到激發(fā)態(tài)，其效果可近似認(rèn)為等同于1/3波長的單光子激發(fā)。另外，在三光子激發(fā)中，由于熒光信號(hào)與激發(fā)光強(qiáng)度的三次方成正比，只有在距離聚焦點(diǎn)非常小的區(qū)域內(nèi)才能有效激發(fā)出熒光信號(hào)，從而有效減少背景熒光的干擾，提升成像的深度和分辨率。

  最近，浙江大學(xué)的錢駿教授團(tuán)隊(duì)、香港科技大學(xué)的唐本忠院士團(tuán)隊(duì)以及華南理工大學(xué)的秦安軍教授團(tuán)隊(duì)實(shí)現(xiàn)了對(duì)活體小鼠腦血管的全顱三光子熒光成像。研究團(tuán)隊(duì)合成了一種新型的聚集誘導(dǎo)發(fā)光（AIE）材料DCDPP-2TPA，并通過包覆將其制備成熒光納米探針。普通的熒光染料一般都具有聚集誘導(dǎo)淬滅（ACQ）效應(yīng)，即在高濃度時(shí)熒光強(qiáng)度不升反降，由此影響其在納米探針中的包覆濃度。AIE材料在高濃度時(shí)熒光卻可以得到增強(qiáng)，故可以在納米探針中裝載非常高的濃度，制備出具有超高亮度的熒光納米探針。另外，AIE納米探針在化學(xué)穩(wěn)定性、生物兼容性和抗光漂白性等方面表現(xiàn)也非常出色，AIE納米顆粒非常適合用作熒光成像的探針。實(shí)驗(yàn)團(tuán)隊(duì)通過搭建測(cè)試光路，發(fā)現(xiàn)在1550 nm飛秒光的激發(fā)下，DCDPP-2TPA納米探針發(fā)射出很強(qiáng)的三光子熒光信號(hào)。熒光的波長位于紅光與近紅外區(qū)域，比藍(lán)綠等波長較短的熒光更易從深層組織中穿透，對(duì)成像也十分有利。該團(tuán)隊(duì)將DCDPP-2TPA納米顆粒通過尾靜脈注入小鼠，經(jīng)過血液循環(huán)后可以到達(dá)腦血管實(shí)現(xiàn)標(biāo)記。在1550 nm飛秒激光的激發(fā)下，標(biāo)記了AIE納米探針的小鼠置于搭建的三光子熒光成像系統(tǒng)下進(jìn)行活體穿顱顯微成像，可觀察到非常完整的血管結(jié)構(gòu)，成像深度可達(dá)到顱骨下300 μm，實(shí)現(xiàn)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開顱或磨顱骨的多光子熒光成像方法，該技術(shù)實(shí)驗(yàn)過程簡(jiǎn)單，且最大限度地保持了小鼠腦部的完整性，對(duì)于進(jìn)一步研究腦部活動(dòng)以及血管與神經(jīng)之間的聯(lián)系具有非常積極的意義。

  這一成果發(fā)表在ACS Nano 上，文章的第一作者是浙江大學(xué)的汪亞倫博士和香港科技大學(xué)的陳明博士。

  論文鏈接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsnano.7b05645