近红外二区发光材料在脑成像中的研究进展EI北大核心CSCD

目前,荧光成像技术已成为生物医学应用中的重要工具之一,但其易受到光的穿透能力有限、组织自体荧光干扰等因素的影响。与可见光和近红外一区(NIR-Ⅰ)光相比,近红外二区(NIR-Ⅱ)荧光成像具有更深的穿透深度、更高的成像分辨率和灵敏度、更低的背景噪音和更高的信噪比,因此在脑血管成像和重大脑疾病的成像诊断方面展现出潜在的应用前景。本文主要介绍了不同类型NIR-Ⅱ荧光探针及优化其光学性能的策略。同时,总结了这些探针在脑成像方面的研究进展,并对未来临床应用所面临的问题进行了探讨。     

聚集诱导发光材料在光学诊疗中的研究进展

光学诊疗是一种利用光激活的激发态能量转化效应实现疾病诊断和同时原位治疗的新型诊疗模式,它具有时空选择性高、毒副作用低、疗效好和可控性强等优点,在疾病诊疗中展现了巨大的应用潜力。近些年,得益于其生物安全性好、光物理性质可调、易于合成和功能化修饰、出色的荧光和光敏性能、以及可便于构筑多模态诊疗试剂等优势,聚集诱导发光材料在光学诊疗领域取得了重大突破进展。基于此,本文从如何通过精准分子设计以及调控分子在聚集态下的运动构筑高效的聚集诱导发光光诊疗体系出发,从荧光成像指导的光动力治疗、光声成像指导的光热治疗和多模态成像指导的协同治疗三个方面总结了聚集诱导发光材料在光学诊疗领域的最新研究进展,并对其未来的发展方向与前景进行了展望。     

聚集诱导发光探针用于线粒体靶向和癌细胞识别研究进展

聚集诱导发光(Aggregation-induced emission, AIE)探针由于其极高的灵敏度和极佳的光稳定性在癌症诊断和治疗等方面具有不可估量的应用前景。线粒体作为所有细胞共有的重要细胞器,在癌细胞和正常细胞中显示出明显的性质区别,因此可作为线粒体靶向AIE探针区分癌细胞与正常细胞的靶标。本文介绍了线粒体靶向AIE探针的设计方法、成像机理以及它们对癌细胞与正常细胞、循环肿瘤细胞与白细胞以及癌细胞和相关细菌与正常细胞的区别成像。这些荧光探针在癌症诊断、手术导航、癌症治疗的效果评估和后续复发监测以及细胞污染评估等方面具有广阔的应用前景。通过本文的介绍,能够让更多读者了解AIE探针在癌细胞识别方面的显著优势,激发开发性能更为丰富的探针材料和开展更为深入的研究,从而促进生物医学领域的快速发展,造福人类。     

近红外二区小动物活体荧光成像系统的研制

近年来,小动物活体荧光成像系统被广泛应用于生物医学成像研究.但是,现有的荧光成像系统存在穿透深度有限、图像信噪比低等缺点.因此,利用近红外二区(near-infrared-Ⅱ, NIR-Ⅱ, 900—1880 nm)荧光成像技术在生物组织中具有的低吸收、低散射和穿透深度深等优点,研制出一套NIR-Ⅱ小动物活体荧光成像系统,提出了一种荧光图像增强校正方法,并设计生物组织模拟实验和活体动物实验测试该系统的性能和成像效果.实验结果表明,该系统具有穿透深度深、信噪比高、灵敏度高等优点.结合商用的吲哚菁绿试剂和聚集诱导发光染料,该系统可实时监测小鼠体内的血管分布情况,并对深层组织器官进行持续监测,实现活体小鼠清醒状态下的动态监测研究,有助于推动生物医学成像领域的肿瘤研究和药物开发研究等进入一个新阶段.     

基于苯并噻二唑结构的近红外二区有机小分子在生物成像和治疗中的研究进展EI北大核心CSCD

基于光子反射、散射和自发荧光的减弱,近红外二区窗口能够实现高分辨率和信噪比的生物荧光成像,在各种生物医学应用中发挥着重要作用。构建供体-受体-供体结构是设计近红外二区有机小分子的有效方法,基于苯并噻二唑结构的近红外二区有机小分子不仅能够实现光学成像,还能利用光激活的激发态能量转换实现光学治疗。本文总结了基于苯并双噻二唑(Benzobisthiadiazole,BBT)和[1,2,5]噻二唑[3,4-g]喹喔啉([1,2,5]thiadiazolo[3,4-g]quinoxaline,TQ)结构的近红外二区有机小分子在生物成像和成像引导的治疗中的研究进展,并对未来近红外二区有机小分子的设计和应用进行了展望。     

近红外二区聚集诱导发光材料在手术导航上的应用

临床手术仍然是治疗疾病的主要办法之一，而目前外科手术中医生难以通过肉眼观察、超声等方法确定肿瘤边界、残余病灶以及微小转移病灶，这些传统方法在很大程度上可能会造成癌症术后复发。近红外二区聚集诱导发光（NIR-ⅡAIE）材料作为荧光手术导航试剂，其快速发展为解决这个问题提供了新的技术支持。本文基于NIR-ⅡAIE分子的结构设计，通过分析其结构，依据NIR-ⅡAIE荧光在手术导航中的研究进展，分别就NIR-ⅡAIE材料在肿瘤切除手术、检测切除淋巴结手术以及在其他组织中的应用进行详细分析，讨论了目前存在的一些问题，并对NIR-ⅡAIE材料手术导航应用的未来发展进行了展望。     

基于光热效应的显微光谱技术在单粒子检测中应用和发展

高灵敏度的单粒子检测技术是纳米粒子在生物医学、化学、光电子等领域应用的前提条件。常见的单粒子检测技术主要包括基于粒子的荧光、拉曼、散射和吸收等信号而发展起来的光学显微成像及光谱技术。其中,拉曼光谱和荧光光谱技术主要适用于一些具有拉曼活性的分子/粒子或可发光的荧光分子或粒子,然而即使对于荧光效率高的有机染料分子和半导体纳米粒子,固有的光漂白和blinking现象也对单粒子探测形成了挑战。散射光谱测量是应用于单粒子检测的另外一种方法,从理论上讲,由于瑞利散射随着尺寸的减小而呈六次方减弱的趋势,在细胞或生物组织内,小尺寸粒子的散射信号很难从背景散射噪声中分离出来。众所周知,介质吸收激发光后会引起介质内的折射率变化,进而在光加热区附近出现折射率的梯度分布,称为光热效应(photothermal effect)。基于粒子光热效应的光学显微成像和光谱测量技术具有信号灵敏度高、无背景散射、原位和免标记等优点,在单粒子检测领域展现了良好的应用潜力。综述了近年来基于光热效应的显微光谱技术在单粒子检测中应用和研究发展,首先介绍了光热效应的测量原理;接着分别讨论了光热透镜测量技术、微分干涉相差测量技术和光热外差测量技术的实验装置,比较了各种测量技术的信噪比、灵敏度、分辨率等特点,并且介绍这些测量技术在单粒子检测中的应用研究进展;接着,论述了近年来研究人员在提高光热显微测量的信噪比、改善动态测量性能以及在红外波段拓展等方面的最新研究成果;最后,简单总结了光热测量技术在单粒子检测领域所面临的挑战。     

超分辨率成像荧光探针材料应用进展

为了进一步认知复杂环境中的细胞生物学过程,研究人员发展了各种各样的生物成像技术。在这些技术中,生物荧光成像因简单的成像条件以及对生物样品的相容性而得到了广泛的发展。然而,传统的荧光成像技术受到了光学衍射极限的限制,无法分辨低于200 nm的空间结构,阻碍了对亚细胞结构的生物学过程研究。超分辨荧光显微镜技术突破了传统光学衍射对成像分辨率的限制,能够获取纳米尺度的细胞动态过程。除了对传统的宽场荧光显微镜框架的改进及升级改造之外,目前典型的超分辨成像显微镜技术通常依赖于荧光探针材料的光物理性质。常用的荧光探针材料包括荧光蛋白、有机荧光分子和纳米荧光材料等。本文介绍了几种主流的超分辨荧光显微成像技术并总结了已经成功应用到超分辨生物荧光成像中的荧光探针材料的应用进展。     

基于金配合物的聚集诱导发光分子合成及其对Hg2+的检测

设计合成了一种新型聚集诱导发光分子三苯乙烯炔金-三苯基膦(1)。1溶解在DMSO中几乎无荧光,在固体状态下具有明亮的蓝色荧光,表现出典型的聚集诱导发光性能。研究表明,其聚集诱导发光特性来自于限制分子内旋转机理。1在水溶液中表现出对Hg~(2+)的荧光猝灭响应,并表现出良好的选择性和抗干扰能力。     

半导体聚合物纳米荧光探针的制备及生物应用研究进展

半导体聚合物作为功能有机高分子材料被广泛应用于有机光电子器件领域的研究。近年来由半导体聚合物构成的荧光纳米粒子引起了广泛的研究兴趣。这类新型纳米探针具有光学吸收截面大、量子效率高、辐射跃迁速率快、光稳定性好等特性,在荧光成像和生物传感等领域获得了重要应用。本文简要概述了近年来半导体聚合物纳米粒子的研究进展,包括其光物理性质、表面功能化以及在细胞标记、体内成像、生物传感、单粒子示踪、药物输送和光动力学疗法等领域的应用。     

单分子定位超分辨显微成像技术研究进展及展望(特邀综述)

随着新型荧光探针、先进激光、高灵敏光电探测器等相关领域的不断发展,突破衍射极限的超分辨光学显微技术为现代生物医学研究提供了新的有力工具,其中的单分子定位技术利用荧光分子的光开关效应,实现了亚细胞结构的纳米精度超分辨成像.本文介绍了单分子定位超分辨显微技术的基本原理与实现,例举了其在细胞生物学、组织生物学以及神经科学等方面的应用,讨论了该技术目前的发展趋势及可能的改进方向,为相关领域科学研究提供参考.超分辨光学显微技术的不断创新将推动生命科学的新发展.     

基于热活化延迟荧光双发射的有机电子给体-受体型材料研究进展

基于热活化延迟荧光的双发射有机材料,由于具有两种颜色的发光波长,且至少有一种发射的衰减寿命在微秒级以上,因此在白色有机发光二极管、多功能探针与传感、高质量生物成像、防伪等领域具有很大的应用前景。为了合理地设计基于热活化延迟荧光的双发射有机电子给体-受体型材料,最为关键的是研究分子结构与光物理性质之间的构效关系。本文将基于热活化延迟荧光的双发射有机电子给体-受体型分子,根据其发光属性分为三类:热活化延迟荧光-荧光双发射、热活化延迟荧光-磷光双发射和双热活化延迟荧光发射,进一步对其分子设计原则、发光机制和最新进展做出了简要综述,并展望了其发展前景。     

2019年5期 电子期刊

碳纳米点（碳点）是一种新型的纳米发光材料,具有优异的发光性能、良好的生物相容性、低毒性、水溶性好和表面易功能化等特性,在光电器件、生物成像、光热治疗等领域展现了潜在应用价值。然而,合成碳点的前驱体材料多种多样,合成方法各有不同,导致其发光机理复杂多样。本文主要针对使用柠檬酸作为碳源、尿素或氨水作为氮源,采用微波和溶剂热的合成方法制备的氮掺杂碳点,探索碳点的发光机理和抑制碳点聚集诱导荧光猝灭的方法,并进一步研究碳点在固态照明、可见光光通讯、生物成像和光热治疗等领域的应用前景。     

氮掺杂碳点的合成与应用

碳纳米点(碳点)是一种新型的纳米发光材料,具有优异的发光性能、良好的生物相容性、低毒性、水溶性好和表面易功能化等特性,在光电器件、生物成像、光热治疗等领域展现了潜在应用价值。然而,合成碳点的前驱体材料多种多样,合成方法各有不同,导致其发光机理复杂多样。本文主要针对使用柠檬酸作为碳源、尿素或氨水作为氮源,采用微波和溶剂热的合成方法制备的氮掺杂碳点,探索碳点的发光机理和抑制碳点聚集诱导荧光猝灭的方法,并进一步研究碳点在固态照明、可见光光通讯、生物成像和光热治疗等领域的应用前景。     

有机自由基发光体

有机自由基由于存在未配对或弱成键电子,因而具有独特的基态开壳电子结构。这类开壳电子结构的分子体系可展示出特殊的物理性质,如近红外吸收、非线性光学响应、可逆电子氧化还原、磁学性质等,有望成为下一代光电磁信息功能材料。然而,绝大多数自由基在光激发态下以非辐射方式释放能量,从而表现为弱发光或不发光。近年来,以三芳基甲基自由基衍生物为代表的双线态自由基发光体逐渐引起研究者的关注,其红光发射的荧光量子产率可达到90%以上,且成功地应用于有机电致发光器件(OLED)。自由基发光体是在基态和激发态均具备自由基特征的新型分子体系,其分子结构设计与发光性质调控是该领域的关键难题。在已报道的仅有的少数发光自由基的基础上,人们更多地期待获得性能优异、可选择性调色的多种类发光自由基及其作为功能材料的潜在应用。本文总结了发光自由基的分子结构、物理性质和构效关系,以及激发态发光机制与自由基非辐射跃迁抑制机理等,讨论了目前的研究现状和未来的研究挑战。     

基于近红外聚集诱导发光分子的磁性纳米材料用于光增强杀菌EI北大核心CSCD

近红外光敏剂由于荧光成像具有光损伤小、穿透力强和空间分辨率高等优点,能显著提高光动力治疗效果。我们合成了近红外聚集诱导探针5,6-2(4′-(二苯氨酚)-[1,1′-联苯]-4-yl)吡嗪-2,3-二甲腈(DCDPP-2TPA)用于光增强杀菌。利用聚集态/固态下荧光增强的优势,DCDPP-2TPA与磁性Fe_(3)O_(4)纳米材料复合,产生更高活性氧(ROS)用于杀菌。利用SEM、TEM、XRD和荧光光谱研究了该复合材料的结构和性质,并用于大肠杆菌和金黄色葡萄球菌杀菌实验。结果表明,在光照下两种细菌的存活率为7.5%与9.0%,优于DCDPP-2TPA(10%与14%)。同时该复合材料可以方便地实现磁性分离,在光照下产生ROS后循环杀菌。     

近红外H2S荧光探针研究进展

硫化氢（H₂S）是一种具有臭鸡蛋气味的无色气体,其不但存在于外界环境中,而且是继一氧化氮（NO）和一氧化碳（CO）之后生物系统中第三种重要的内源性气体信号分子,近年来因其对人类健康和疾病的影响而越来越受关注。H₂S可以作为抗氧化剂清除人体内的活性氧（ROS）和活性氮（RNS）,参与多种细胞的生理反应,包括细胞凋亡、血管舒张、神经调节等,是多种组织中的细胞保护剂和气体传递剂。现代医学研究已证实硫化氢含量与糖尿病、阿尔茨海默病、帕金森病等特定疾病密切相关,但人们尚不清楚H₂S影响细胞信号传导和其他生理事件的具体分子机制,因此开发用于可视化内源性H₂S的方法、研究其在细胞和生物体中的动态分布将具有非常重要的意义。目前检测H₂S浓度的近红外（NIR）荧光探针是一个研究的热点,这是因为在生物样本分析时近红外荧光探针具有许多显著的优点：光损伤更小、能穿透更深的组织、背景自荧光干扰低。在分子水平上,H₂S表现出独特的化学特性,既是良好的还原剂,又是良好的亲核试剂,用于H₂S选择性检测的近红外荧光探针设计策略主要包括叠氮化物和硝基的还原、亲核进攻、加成反应等。该文章综述了近三年近红外H₂S荧光探针的设计合成、识别机理、探针的性能及其在细胞或生物体中的荧光成像研究与最新进展,最后,对该类探针的未来研究方向和发展趋势进行了展望。     

巯基琥珀酸包被的CdTe量子点的制备及其在细胞标记中的应用

以巯基琥珀酸(MSA)作为稳定剂,在水溶液中合成稳定的CdTe纳米量子点,用紫外-可见荧光分光光度和荧光光谱方法研究了CdTe量子点的发光特性.并将其与鼠抗人AFP抗体连接制备水溶性CdTe-AFP复合物探针,对人肝癌细胞进行标记和成像.结果表明所制备的CdTe-AFP复合物探针对人肝癌细胞成像清晰,在生物医学领域具有重要的应用价值.     

量子点的荧光特性在生物探针方面的应用

量子点具有传统有机荧光染料无可比拟的光学魅力,在生物医学及材料领域已引起广泛的兴趣,许多科学工作者在量子点用于生物学领域方面已经取得一定进展。目前,量子点最有前途的应用领域是在生物体系中作为荧光标记物。通过观察量子点标记分子与靶分子相互作用的部位,及其在活细胞内的运行轨迹,可能为信号传递的分子机制提供线索,从而为阐明细胞生长发育的调控及癌变规律提供直观依据。文章介绍了量子点研究生物大分子之间的相互作用、生物大分子荧光标记、细胞及生物组织的荧光标记与成像以及活体成像等方面的应用。并概述了纳米量子点作为生物荧光探针的应用前景以及亟待解决的问题。     

共振光散射技术测定核酸的研究进展

核酸分析是生命科学研究中最重要的技术之一。目前主要是应用核酸内源紫外吸收光谱的紫外分光光度法和基于荧光探针分子与核酸相互作用的荧光分光光度法。紫外分光光度法灵敏度低 ,荧光分光光度法试剂昂贵 ,有毒性。近年来 ,共振光散射技术在核酸分析中的应用得到了迅速的发展。核酸的共振光散射分析方法可以用普通的荧光分光光度计进行测定 ,应用安全、便宜的试剂获得很高的灵敏度。简要介绍了共振光散射分析的基本原理 ,并对近年来利用共振光散射技术分析核酸的研究进行了评述。内容主要包括利用有机染料分子作为核酸的共振光散射探针的分析方法 ;基于阳离子表面活性剂、金属离子及其络合物以及药物与核酸相互作用的分析方法 ;核酸形成大粒子的散射分析方法。