飞秒激光激励的氧化石墨烯多光子荧光效应及其在活体功能成像中的应用研究

The application of graphene oxide in bio-imaging is a hot spot of recent academic research. Microscope imaging based on multiphoton induced fluorescence has lots of advantages, such as large imaging depth, high spatial resolution, low damage towards bio-samples.The signal intensity and contrast of multiphoton fluorescence microscopy could further be enhanced by introducing stimulated emission mechanics. In this project, we plan to build a spontaneous/stimulated emission multiphoton fluorescence microscope system by utilizing a femtosecond laser and a confocal scanning microscope, and use it to investigate the multiphoton fluorescence effect of graphene oxide nanoparticles. We will also setup animal models (e.g., brain tissue of mice, zebrafish) in our lab for in vivo experiment. We will use graphene oxide to target certain structures and organs of the animal models (e.g., neurons of mice, blood vessel of zebrafish), and perform in vivo bio-imaigng by utilizing the spontaneous/stimulated emission multiphoton fluorescence microscope, to illustrate detailed biological avtivities and mechanics.

氧化石墨烯纳米颗粒的生物成像应用是近期国际上研究的热点，而基于多光子荧光效应的生物显微成像具有成像深度大，空间分辨率高，生物损伤小等诸多优点，将受激发射荧光机理引入多光子荧光成像，可进一步提高信号强度和对比度。在本项目中，我们将利用飞秒激光器、激光共聚焦扫描显微镜构建多光子自发/受激发射多光子荧光显微系统，并将其用于氧化石墨烯纳米颗粒的自发/受激多光子荧光效应的研究。我们还将建立小鼠脑组织、斑马鱼等活体实验模型，实现氧化石墨烯对特定结构、器官（如脑部神经元，斑马鱼血管等）的标记，并利用自发/受激发射多光子荧光显微系统对其进行活体成像，揭示具体的生物行为和机理。

基于氧化石墨烯纳米颗粒、碳点等碳材料的生物成像应用是近期国际上研究的热点，而基于多光子荧光效应的生物显微成像具有成像深度大，空间分辨率高，生物损伤小等诸多优点。在本项目中，我们合成了氧化石墨烯纳米颗粒、碳点等材料，优化其尺寸及发光强度、波长，并实现其表面分子的连接、修饰；我们基于飞秒激光和扫描显微系统构建了多光子荧光显微平台，实现了对氧化石墨烯纳米颗粒、碳点的双光子荧光激励和检测；我们建立了小鼠脑组织、斑马鱼等活体实验模型，实现了氧化石墨烯、碳点对特定结构、器官（如小鼠脑部神经元，斑马鱼等）的标记，并利用双光子荧光显微系统进行观察、成像，开展了一些相关的生物应用。此外，我们搭建了pump/probe系统，并将其他纳米颗粒（如金属纳米颗粒，聚集诱导发光纳米颗粒等）用于各种非线性光学显微活体生物成像的研究。在本项目的资助下，我们一共发表了SCI 论文16篇，其中2篇的影响因子大于10，2篇的影响因子大于8；申请发明专利2项；在国际重大学术会议上宣讲研究成果9次，其中邀请报告9次；比较充分地了解和掌握了氧化石墨烯纳米颗粒、碳点等碳材料在活体光学成像中的应用潜力，为今后的研究提供了一些有用的数据和参考。此外，得益于本项目的资助，我们是国内最早搭建三光子荧光扫描显微镜的单位之一，并基于这个平台开展了大量的活体脑功能成像应用，在国内形成了一定的学术影响力。