近日，深圳大学物理与光电工程学院生物医学光子学研究中心王科教授课题组在Advanced Functional Materials（影响因子：19.924，中科院JCR一区，TOP期刊）、ACS Nano（两篇，影响因子：18.027，中科院JCR一区，TOP期刊）以及Biomaterials（影响因子：15.304，中科院JCR一区，TOP期刊）等国际知名期刊上发表论文，报道了多种新型光学材料在多光子深层脑成像领域的应用。
开颅手术前/后，活体小鼠深脑血管的3光子荧光成像
1700nm窗口（1600-1840nm）目前为深层生物组织成像的最佳激发窗口，针对该窗口设计明亮的荧光探针是提升成像深度的关键。新设计的聚集诱导发光（AIE）分子，经疏水材料封装为纳米颗粒MTTCMNPs后，在1700nm窗口表现出优秀的3光子光化学特性，同时具备良好的生物兼容性，是生物组织荧光成像的理想探针。鉴于此，利用MTTCMNPs探针，开展了活体小鼠三光子脑成像。
在开颅的活体小鼠实验模型中，脑血管成像深度可达大脑表面以下1900 μm的海马体，该成像深度为目前已报道的有机荧光探针3光子脑成像的最深。在穿透完整头骨的活体小鼠实验模型中，脑血管成像深度可达大脑表面以下1100 μm，同时兼具突出的信号背景比SBR（大脑表面以下1030 μm处血管SBR>9:1），该成像深度及其成像质量均为目前已报道的所有穿透完整头骨多光子脑成像的最佳。此外，在动力学追踪方面，首次实现了在穿透完整头骨的情况下对大脑表面以下752 μm血管进行动力学追踪及血流速度测量。
王科教授课题组邓想全博士为第一作者，材料学院王东教授、医学部许改霞教授以及王科教授为共同通讯作者。
文章信息：X.Deng, Z. Xu, Z.Zhang,W. Zhang, J. Li, L. Zheng, X. Chen, Y. Pan, P. Qiu, D. Wang*, G. Xu*, K. Wang*,Adv. Funct. Mater., 2022, doi:10.1002/adfm.202205151.
论文链接：https://doi.org/10.1002/adfm.202205151
2.1700nm窗口激发近红外探针实现活体小鼠3光子脑成像
对于光学成像，其成像效果由光子与组织之间的相互作用决定。提升光子在组织中的穿透能力，常采用1700nm波段光源激发荧光探针或开发长波长荧光探针（例如，近红外探针）。新设计的荧光探针OFET NPs，其发射峰位于820nm，并在1700nm波段展现出较大的3光子作用截面（是常用荧光探针SR101的2倍以上）。得益于激发波长（1720 nm）和发射波长（820 nm）出色的组织穿透能力，即使在低注射浓度（550 μM）下，OFET NPs依旧在活体小鼠脑成像应用中展示出了优异的3光子荧光成像能力（成像深度达到脑表面以下1696 μm）。
苏州大学药学院李盛亮教授、王科课题组邓想全博士及程慧博士为共同第一作者，李盛亮教授、王科教授、香港城市大学Chun-SingLee教授为共同通讯作者。
文章信息：S.Li, X. Deng, H. Cheng, X. Li, Y. Wan, C. Cao, J. Yu, Y. Liu, Y. Yuan, K. WangandC. Lee,ACS Nano, 2022, doi.org/10.1021/acsnano.2c03813.
论文链接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsnano.2c03813
3.优化AIEgens的结构关系，提升AIEgens的3光子性能及其成像能力
聚集诱导发光体（AIEgens）是非常强大的3光子荧光探针。然而，1700nm窗口AIEgens的结构-性能关系研究目前少有报道。为此，我们设计了一系列AIEgens，尝试在电子供体和受体上引入苯环，使分子畸变、共轭增强或调整D-A结构等，达到优化AIEgens的3光子性能的目的。通过3光子性能的表征以及活体小鼠脑成像效果的对比，发现D-A-D共轭结构的DPNA-NZ NPs效果最佳，其在活体小鼠脑成像应用中的成像深度达到了脑表面以下1700 μm。
医学部许改霞教授课题组徐周睿博士及材料学院王东教授课题组张志军博士为共同第一作者，王科教授、王东教授以及许改霞教授为共同通讯作者。
文章信息：Z. Xu, Z. Zhang, X. Deng, J. Li, Y. Jiang, W. C. Law, C. Yang, W. Zhang, X. Chen, K. Wang, D. Wang and G. Xu, ACS Nano, 2022, 16, 6712.
论文链接：https://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/acsnano.2c01349
4.1700nm窗口激发AIEgens用于超深脑血管3光子荧光成像及血流动力学监测
现有的荧光探针，存在3光子作用截面小、激发波长短的问题，成像深度远没有达到理论的极限。为提升成像深度，我们通过分子工程操纵分子的结构，使其扭曲或平面化，以达到增大3光子吸收截面、提升荧光量子产率等目的，同时兼备聚集诱导发光（AIE）特性。在新设计的一系列AIEgens中，DPCZ-BT拥有极高的量子产量（>50%），可观的3光子作用截面以及良好的生物兼容性。在1665 nm飞秒激光激发下，DPCZ-BT标记的小鼠脑血管，其成像深度可达1860 μm的海马体。此外，通过血红细胞的实时监测、示踪，实现了对活体小鼠大脑表面以下1600 μm血管的血流速度测量。
材料学院王东教授课题组李建高博士及张志军博士为共同第一作者，许改霞教授、王科教授、王东教授以及唐本忠院士为共同通讯作者。
文章信息：J.Li, Z. Zhang, X. Deng, Z. Xu, L. Wang G. Xu, K. Wang, D. Wang, B. Z. Tang,Biomaterials, 2022, 287, 121612.
