在生命科學(xué)研究中，熒光染料是傳遞生物體系中結(jié)構(gòu)與功能等相關(guān)信息的重要工具。隨著生命科學(xué)研究和生物分析方法的不斷發(fā)展，研究者對(duì)熒光染料的物理、化學(xué)特性也提出了日新月異的期待。雙光子熒光材料因其顯著的組織穿透深度、較低的光毒性，在生物醫(yī)學(xué)研究領(lǐng)域受到廣泛地關(guān)注。和雙光子熒光成像技術(shù)相比，三光子熒光成像技術(shù)由于采用了較之更遠(yuǎn)的脈沖紅外光激發(fā)，使其具有諸如：1) 更好的空間分辨率，2) 更深的組織穿透成像深度，3) 更低的離焦激發(fā)/散射影響。同時(shí)利用這類(lèi)三光子機(jī)制的激發(fā)脈沖光，還可以同時(shí)實(shí)現(xiàn)多光子磷光壽命/時(shí)間門(mén)成像，能作為傳統(tǒng)熒光成像模式的有力補(bǔ)充。
銥(III)配合物由于在室溫及生理?xiàng)l件下，化學(xué)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性高，具有高的量子產(chǎn)率和較長(zhǎng)的發(fā)射壽命（通常為微秒級(jí)），以及優(yōu)異的抗光漂白效果，近年來(lái)已被廣泛地應(yīng)用于生物熒光成像研究，但關(guān)于其作為三光子熒光染料的報(bào)道還非常少，至今為止僅有極少量的銥(III)配合物被報(bào)道具有三光子吸收性質(zhì)，并僅限于光物理方面研究。如何有效結(jié)合理論計(jì)算，通過(guò)結(jié)構(gòu)修飾，構(gòu)建具有大的三光子吸收截面和高熒光量子效率的銥(III)配合物，仍是目前亟待解決的關(guān)鍵問(wèn)題。
三光子磷光銥(III)配合物的設(shè)計(jì)及生物成像示意圖
我校化學(xué)學(xué)院巢暉教授課題組、沈勇副教授課題組和我校附屬第一醫(yī)院裴中教授課題組通過(guò)合作研究，于近期發(fā)展了一種理論計(jì)算與實(shí)驗(yàn)測(cè)試相結(jié)合的三光子熒光染料有效篩選方法，設(shè)計(jì)、合成了一類(lèi)具有三光子磷光的新型銥(III) 配合物，并成功將其用于生物熒光成像研究。在研究中，他們發(fā)現(xiàn)不改變配合物母體結(jié)構(gòu)，僅通過(guò)引入一些特殊的官能團(tuán)修飾，能有效地將配合物的三光子躍遷幾率和量子產(chǎn)率提升近四倍，極大地改善了銥(III)配合物的三光子光物理性質(zhì)。
利用三光子顯微共聚焦/磷光壽命成像技術(shù)，銥(III)配合物3PAIr2只需低的染色濃度（50 nM）、短的孵育時(shí)間（5分鐘）和低的激發(fā)功率（980 nm飛秒激光功率為0.5 mW），就可以有效地實(shí)現(xiàn)細(xì)胞水平的快速線(xiàn)粒體磷光成像。利用大鼠腦部海馬體切片生物模型，完成了3PAIr2在組織切片層面的深度測(cè)試，發(fā)現(xiàn)其以980 nm激光激發(fā)的三光子磷光成像可以達(dá)到約500 微米的穿透深度，這個(gè)距離是以750 nm激光激發(fā)的雙光子磷光成像深度的兩倍。同時(shí)在通過(guò)雙親性聚合物DSPE-PEG2000包裹后，利用3PAIr2-DSPE-PEG2000進(jìn)一步嘗試小鼠開(kāi)顱情況下的腦血管生物熒光成像，得到了450 微米的小鼠腦血管成像深度和三維高分辨率腦血管重構(gòu)圖。這是首次使用銥(III)配合物作為三光子磷光染料實(shí)現(xiàn)了對(duì)完整顱骨下腦血管的高穿透和高分辨觀(guān)測(cè)。不僅為三光子熒光染料的合理設(shè)計(jì)提供了一條簡(jiǎn)便、行之有效的途徑，還獲得了一類(lèi)具有優(yōu)異生物成像能力的金屬配合物磷光染料。
該研究成果發(fā)表在化學(xué)綜合期刊Angewandte Chemie International Edition，并被評(píng)為Hot Paper。我?；瘜W(xué)學(xué)院博士后金呈之和我校附屬第一醫(yī)院助理研究員梁鳳銀為論文的共同第一作者，沈勇副教授、裴中教授、巢暉教授為共同通訊作者。
以上研究工作得到了國(guó)家自然科學(xué)基金（21525105, 21778079, 21701196, 21807119），教育部 （No. IRT-17R111）和中央高?；究蒲袠I(yè)務(wù)費(fèi)（20lgjc01）等項(xiàng)目的資助。
