在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域，成像技術(shù)一直是探索生命奧秘的前沿工具。隨著科技的不斷進(jìn)步，成像技術(shù)已不再局限于宏觀層面，而是深入到細(xì)胞和分子層面，為疾病診斷與治療提供有力支持。雙光子熒光成像，憑借其卓越的組織穿透能力、超高的分辨率以及對(duì)樣品的低光損傷等優(yōu)勢(shì)，迅速成為生物醫(yī)學(xué)成像研究的熱點(diǎn)。而熒光材料作為成像技術(shù)的核心，其性能直接決定了成像效果。傳統(tǒng)的有機(jī)熒光材料在高濃度下容易發(fā)生聚集熒光猝滅，且抗光漂白能力有限。幸運(yùn)的是，聚集誘導(dǎo)發(fā)光（AIE）材料的出現(xiàn)，為雙光子熒光成像帶來(lái)了新的曙光。AIE材料以其獨(dú)特的光物理性質(zhì)，在高濃度或聚集狀態(tài)下展現(xiàn)出明亮的熒光和優(yōu)異的抗光漂白能力，為生物醫(yī)學(xué)成像領(lǐng)域帶來(lái)了重大突破。

研究背景與技術(shù)挑戰(zhàn)
傳統(tǒng)成像技術(shù)的局限性
生命活動(dòng)的復(fù)雜性決定了生物體內(nèi)存在多種離子、小生物分子、生物大分子等成分。這些成分在維持細(xì)胞正常生理功能、傳遞信號(hào)以及參與疾病進(jìn)程等方面扮演關(guān)鍵角色。熒光成像技術(shù)通過(guò)特定的熒光材料與目標(biāo)分子結(jié)合，實(shí)現(xiàn)對(duì)這些生物成分的可視化檢測(cè)。然而，傳統(tǒng)的單光子熒光成像技術(shù)在組織深層成像時(shí)存在諸多限制，如穿透深度淺、背景信號(hào)干擾強(qiáng)等。

技術(shù)創(chuàng)新與應(yīng)用
AIE材料的獨(dú)特優(yōu)勢(shì)
AIE材料是一類具有獨(dú)特光物理性質(zhì)的新型熒光材料。其核心機(jī)制在于限制分子內(nèi)運(yùn)動(dòng)（RIM）。在單分子狀態(tài)下，AIE材料的分子內(nèi)運(yùn)動(dòng)較為自由，導(dǎo)致熒光較弱；而在聚集態(tài)或固態(tài)時(shí)，分子內(nèi)運(yùn)動(dòng)受到限制，激發(fā)態(tài)能量以熒光形式釋放，從而展現(xiàn)出明亮的熒光。這一特性使得AIE材料在高濃度或聚集狀態(tài)下依然能夠保持強(qiáng)發(fā)光性能，并且具有優(yōu)異的抗光漂白能力。在生物體內(nèi)，AIE材料通常以納米聚集體的形式存在，難以被生物體快速代謝排出，為長(zhǎng)期動(dòng)態(tài)追蹤提供了可能。

成像實(shí)驗(yàn)與結(jié)果分析
熒光強(qiáng)度與信號(hào)穩(wěn)定性
AIE材料在雙光子激發(fā)下能夠產(chǎn)生明亮且穩(wěn)定的熒光信號(hào)，這得益于其獨(dú)特的AIE特性和抗光漂白能力。在實(shí)驗(yàn)中，基于AIE材料的探針在長(zhǎng)時(shí)間的激光照射下仍能保持較高的熒光強(qiáng)度，而傳統(tǒng)的有機(jī)熒光材料則會(huì)出現(xiàn)明顯的光漂白現(xiàn)象，信號(hào)強(qiáng)度逐漸減弱。這種穩(wěn)定的信號(hào)輸出為長(zhǎng)時(shí)間的成像實(shí)驗(yàn)提供了可靠保障，使得研究人員能夠更準(zhǔn)確地觀察生物過(guò)程的動(dòng)態(tài)變化。

成像分辨率與深度
從成像分辨率和深度來(lái)看，AIE材料在高濃度或聚集狀態(tài)下依然能夠保持良好的發(fā)光性能，使得成像設(shè)備能夠獲取到更深層次組織的清晰圖像。例如，在對(duì)小鼠腦血管的成像實(shí)驗(yàn)中，基于AIE材料的探針在雙光子近紅外二區(qū)激發(fā)下，實(shí)現(xiàn)了924微米的超深成像深度，而傳統(tǒng)的單光子成像技術(shù)通常只能達(dá)到100微米左右的深度。這種深成像能力為研究大腦深部區(qū)域的血管結(jié)構(gòu)和功能提供了前所未有的機(jī)會(huì)，有助于揭示神經(jīng)退行性疾病等復(fù)雜疾病的病理機(jī)制。

總結(jié)與展望
AIE材料憑借其獨(dú)特的光物理性質(zhì)，在雙光子熒光成像領(lǐng)域展現(xiàn)出巨大的應(yīng)用潛力。從熒光檢測(cè)到細(xì)胞成像、組織成像以及活體血管成像，AIE材料的應(yīng)用范圍不斷擴(kuò)大，為生物醫(yī)學(xué)研究提供了豐富而精準(zhǔn)的成像工具。然而，盡管取得了一系列突破性進(jìn)展，AIE材料在雙光子生物成像領(lǐng)域仍面臨諸多挑戰(zhàn)。未來(lái)，AIE材料的研究方向?qū)⒏�加多元化。一方面，科研人員需要進(jìn)一步拓展AIE材料的檢測(cè)范圍，將其應(yīng)用于DNA、蛋白質(zhì)、酶等生物大分子以及手性分子的檢測(cè)。這將為生物醫(yī)學(xué)研究提供更全面的檢測(cè)手段，有助于揭示更多生命活動(dòng)的奧秘。另一方面，針對(duì)特定細(xì)胞器的AIE材料研發(fā)也將成為重點(diǎn)。通過(guò)與特定細(xì)胞器靶向肽的結(jié)合，實(shí)現(xiàn)對(duì)高爾基體、細(xì)胞核、核仁等重要細(xì)胞器的精準(zhǔn)成像。同時(shí)，考慮到神經(jīng)細(xì)胞中細(xì)胞器的特殊性，開(kāi)發(fā)適用于神經(jīng)細(xì)胞的細(xì)胞器靶向AIE材料將具有重要意義，有助于深入研究神經(jīng)系統(tǒng)疾病的發(fā)生機(jī)制。

論文信息
聲明：本文僅用作學(xué)術(shù)目的。
Lu Q, Wu CJ, Liu Z, Niu G, Yu X. Fluorescent AIE-Active Materials for Two-Photon Bioimaging Applications. Front Chem. 2020 Dec 14;8:617463. 

DOI:10.3389/fchem.2020.617463.