一种在近红外III波段可用于超深度三光子脑血管成像的AIE活性中心对称小分子

《Science China-Materials》：An AIE-active centrosymmetric small molecule for ultra-deep three-photon brain angiography in the NIR-III window

　　

摘要

利用近红外III波段（1600–1840纳米）的三光子显微镜为在体高分辨率观察脑血管提供了重要工具，因其具备出色的深层组织穿透能力。不过，成像质量在很大程度上取决于荧光探针的性能。本研究提出了一种从镜面对称性向中心对称性转变的探针优化设计策略，由此合成出一种高度对称的聚集诱导发光分子T4PQ。其中心对称结构使得供体单元与受体单元能够精确匹配，从而实现电子云的均匀离域和定向电荷转移，这提高了激子形成效率并抑制了非辐射衰减，进而提升了荧光量子产率。此外，高度对称的结构通过促进电子离域并增加过渡偶极矩，显著提升了三光子吸收截面，使得在长波长激发下能产生更强的非线性光学响应。因此，所设计的T4PQ纳米粒子具有优化的性能，兼具增强的三光子吸收截面、高荧光量子产率以及出色的光稳定性。相应的纳米粒子在鼠类体内实验中表现出显著增强的三光子吸收截面、高荧光量子产率以及优异的光稳定性。在1785微米深度处实现了脑部血管的三维成像，并能在1006微米深度处实时动态观察微血管中的血液流动情况，同时展现出良好的生物相容性。这项研究证明了在设计用于深脑成像的探针时，中心对称分子结构的优势，为神经血管研究提供了高性能工具。