超分子荧光纳米材料的性能调控及其双光子生物成像研究

We are going to develop new two-photon fluorescence imaging contrast agent materials with large two-photon absorption cross-sections, high stability, NIR emission and high photo-resistance for two-photon fluorescence bioimaging. We first prepare bis-pyrene derivative based nanoaggregates with large two-photon absorption cross-sections, and then modulate the emission through FRET with NIR dyes. The effects of hydrophicilty, absorption and emission wavelength of NIR dyes on the stability and optical properties of FRET systems will be systematically investigated. The FRET nanosystem with high energy transfer efficiency and NIR emissions will be prepared for two-photon fluorescence imaging. The penetration depth of mock tissue will be increased to 3000 μm. Finally, the supramolecular nanomaterials will be utilized to image living cells in vivo by two two-photon fluorescence microscope.

申请者拟从性能优异双光子荧光材料的开发入手进行研究，开发出一系列吸收截面大、稳定性高、近红外发射和抗光漂白能力强的双光子荧光纳米材料。首先制备双光子吸收截面大的双芘纳米聚集体、然后利用荧光能量共振转移，调控发射波长。研究FRET受体的性质（亲疏水性、激发波段和发射波段）对FRET组装体稳定性和光学性质的影响规律，制备能量转移效率高且近红外发射的FRET超分子纳米材料并用于双光子荧光活体细胞成像，提高双光子荧光材料的组织穿透性，使其模拟组织穿透深度提高到3000μm以上，最终利用拟制备超分子纳米材料实现深层组织的双光子荧光活体细胞成像。

我们以双芘为构筑模块的超分子体系为研究对象，利用双光子荧光技术为检测手段，围绕双光子荧光纳米造影剂的制备及其在癌症诊断中的应用开展了深入细致的研究工作。我们出色地完成此课题计划书的研究工作，取得了一系列创新性成果：（1）开发了基于BP的超分子纳米造影剂，具有双光子吸收截面大、稳定性高等特点。验证了增大D-A-D型分子的共轭结构可以增加双光子吸收截面。（2）系统研究了不同FRET受体，将BP的FRET体系的发射波段调制到600 nm以上。通过脂质双分子层可以精确控制给受体的相互作用，FRET能量转化效率大于80%，最终，模拟组织穿透深度提高到3000 μm以上。（3）利用双光子技术实现活体深层组织的活细胞的成像。.课题进展过程中，对项目研究内容作了拓展：（1）基于双光子荧光技术及BP双光子荧光造影剂的精准光动力治疗；（2）开发了基于BP-多肽的仿生组装体系，在细胞表面实现原位仿生组装，在荧光定位肿瘤的同时杀伤及抑制肿瘤，可以有效地治疗三阴性乳腺癌，Her2阳性乳腺癌。.在课题实施过程中，在Nature Nanotech., Sci. Adv., Nature Commun., Acc. Chem. Res., Adv. Mater., ACS Nano等发表SCI论文20余篇。相关研究成果已申请中国发明专利6项。