我國在近紅外光學活性材料及生物應用方面取得系列進展

　　在最新一期出版的美國化學會旗下的期刊ACS Nano（影響因子IF 13.942）上，刊載了中國科學院大學化學科學學院田志遠教授課題組博士研究生呂巖霖的研究論文Cancer Cell Membrane-Biomimetic Nanoprobes with Two-Photon Excitation and Near-Infrared Emission for Intravital Tumor Fluorescence Imaging （ACS Nano, 2018, 12, 1350-1358）。該項研究設計構建了具有雙光子激發、近紅外發射特性的仿生熒光探針并成功將其應用于活體腫瘤的高清晰度熒光成像，這是該課題組近年來在近紅外(near-infrared, NIR) 光學活性材料的設計構建及生物應用方面取得的系列進展之一。

　　歸因于其高靈敏度、優良的時-空分辨率、相對于其它技術而言良好的生物兼容性等特性，基于光學活性材料的熒光探測及診療技術已在生命科學及生物醫學領域發揮日益重要的作用。生物熒光成像需要由外源性熒光團來提供讀出信號或增強成像的對比度，這使得熒光探測手段的功效在很大程度上取決于熒光探針的性能。傳統生物熒光成像所使用的熒光探針多以可見光作為激發源、而且信標光位于可見光區；而對于那些以深源的細胞或組織為探測目標的應用而言，這類激發光和信標光都位于可見光區的熒光成像會在穿透深度上受到很大的限制。著眼于解決這一問題，國科大化學學院田志遠教授帶領的低維光學活性材料與生物探測實驗室近年來在新型熒光探針的設計構建及其生物探測方面開展了系統研究。他們設計構建了用NIR光通過雙光子吸收過程進行激發、發射NIR熒光的復合型聚合物熒光探針；其熒光成像穿透深度可高達1.2毫米、對深置目標及具有一定厚度的生物樣品進行成像具有實用意義（ACS Applied Mater. Interfaces, 2015，7，20640-20648，IF 7.504）。他們還設計合成了一類可用NIR光觸發、具有良好的生物兼容性及隱身能力、優越的氧氣通透性及對活性單重態氧的遞送能力、可進行程序化遞送的光動力學治療(PDT)納米載體，實現了對模型小動物腫瘤極為有效的光動力學治療效果（Nanoscale，2015，7，9806-9815，IF 7.367）。他們還構建了具有超常斯托克斯位移（大于200nm）的NIR熒光開關探針；基于超常的斯托克斯位移、NIR熒光信號、及動態比照熒光開關轉換三重機制的共同作用，成功地克服背景噪音的干擾、將細胞內熒光成像的靈敏度提高兩個數量級（ACS Appl. Mater. Interfaces，2016, 8, 4399-4406, IF 7.504)。

　　在前期工作的基礎上，他們在近期設計并合成了將具有雙光子激發特性的能量捕獲單元和能發射NIR熒光的能量受體單元集成到了聚合物分子鏈中的新型嵌段共聚共軛聚合物；并基于這種光學活性聚合物構建了腫瘤細胞膜包覆的、可實現NIR光激發、NIR熒光發射的“NIR input-NIR outgoing”的仿生熒光探針。這種熒光探針以波長在具有最大光通透性的生物窗口范圍的光(700-1000nm)為激發源且具有雙光子激發熒光（two-photon excited fluorescence, TPEF）特性，無需將能量給體與受體進行摻雜，在確保探針結構穩定性的前提下實現高的熒光成像穿透深度。該探針所具有的高度特異性靶向能力，及對活體腫瘤的高清晰度熒光成像能力在模型荷瘤小鼠實驗中得到了充分驗證（ACS Nano, 2018, 12, 1350-1358）。

　　以上工作得到了國家自然科學基金、中國科學院“百人計劃”專項經費、中國科學院大學的大力支持。中國科學院過程工程研究所生化工程國家重點實驗室馬光輝研究員和魏煒研究員課題組、哈爾濱理工大學材料科學與工程學院張勇教授課題組對這項工作有重要貢獻。