生物医学成像中几种荧光纳米材料的运用研究(2)

　　理想情况下，利用纳米颗粒包覆有机荧光染料分子，纳米颗粒中包覆的染料分子越多，颗粒的荧光效率越高。实际情况是传统有机荧光染料分子是具有大π 共轭体系的刚性平面分子，在稀溶液中能够发射很强的荧光，而在高浓度溶液或聚集状态下，强烈的分子间相互作用产生大量的非辐射失活，使得有机染料分子的荧光强度大幅度降低，即聚集导致荧光猝灭。2001 年，香港科技大学唐本忠院士团队发现硅杂环戊二烯（ Silole） 衍生物在稀溶液中基本没有发光，而在聚集态时呈现非常明亮的荧光发射，即聚集诱导发光（ Aggregation Induced Emission,AIE）[13].AIE材料具有特殊的分子结构，能够在很大程度上减小分子间相互作用，同时大幅限制荧光染料分子在聚集态时的分子内转动，有效地抑制单分子的非辐射失活过程，使其在固态或聚集状态下的荧光强度远远大于其在稀溶液中的荧光强度[14].本课题组[9]利用一种双亲性聚合物 mPEG-DSPE包裹一种疏水性的 AIE 材料（ 分子式简称为 StCN） ,制备了具有荧光特性的纳米胶束（ StCN@ PEG） ,该纳米胶束能够很好地分散在水溶液中，且具有较高的稳定性（ 如图2） .光谱分析结果表明，用纳米颗粒对 AIE 材料进行高浓度的包覆不会引起荧光猝灭，反而会促使荧光效率的增强； 动物实验表明该荧光纳米胶束能够在肿瘤部位富集，用于肿瘤活体荧光成像的探针。另外，我们将能够与肿瘤细胞特异性结合的多肽修饰在纳米胶束表面，用于提高StCN@ PEG 纳米胶束在肿瘤部位富集的效率，实现靶向的肿瘤组织标记和荧光成像诊断。
　　 　　AIE 材料独特的性质使其成为近年来的研究热点，目前已经开发出能够覆盖可见光波段的 AIE 荧光分子，利用 AIE 材料制备的荧光纳米粒子，已被应用于细胞成像、前哨淋巴结定位、活体肿瘤诊断、活体血管荧光成像等多项生物医学研究[15 -17].在活体荧光反射成像中，生物组织对光的散射和吸收影响着荧光物质的激发效率以及信号采集。由于生物组织在可见光波段的吸收和散射均比较明显，因此利用可见光波段的荧光探针难以实现较深层组织的成像。开发高效的具有近红外荧光激发和发射的 AIE 材料，对于实现深层组织和高对比度的活体荧光成像具有非常重要的意义[17].
　　
　　3 半导体量子点。
　　
　　半导体量子点通常是由 II-VI 族或 III-V 族元素组成的纳米颗粒，粒径一般介于 1~10 nm 之间，由于其尺寸小于或者接近激子波尔半径，材料内部的电子和空穴被量子限域，连续的能带结构变成具有分子特性的分立能级结构，受激后可以发射荧光[18].量子点的荧光发射取决于导带与价带间的能带间隙，当量子点尺寸减小时，能带带隙能量会增多大，其吸收和发射波长向短波方向偏移，因此量子点的荧光发射波长可以通过选择适当的尺寸进行调节[18].通过选择适当的材料（ 如 CdS、CdSe、CdTe、Ag2S、PbS、PbSe 等） 制备适当尺寸的纳米晶体，可以获得荧光发射谱覆盖范围相当宽的系列量子点纳米材料（ 如图3）[19].