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西安交大孟令杰教授、党东锋副教授团队和香港科大唐本忠院士团队合作:聚集诱导发光材料实现纳米螺旋组装体的超高分辨成像
2019-10-14  来源:高分子科技

  荧光成像技术具有非侵入性和快速响应等优势,近年来已经成为生物医学领域和材料科学领域内可视化研究的重要工具之一。然而,值得注意的是,对于传统的光学显微成像技术而言,阿贝极限的存在严重限制了其成像分辨率的提高。而超高分辨成像技术的提出,如受激辐射损耗技术 (Stimulated Emission Depletion Microscopy, STED),则为解决上述问题提供了有效途径。目前用于STED超高分辨成像技术的荧光材料主要包括量子点等无机材料体系及有机荧光材料体系。相较于无机材料,虽然有机荧光材料具有化学结构稳定、大斯托克斯位移及良好的发光可调性能,但是其光学稳定性能较差及聚集荧光淬灭的问题严重限制了该类材料在超高分辨成像及长程动态监测领域的深入应用研究。

图1. 聚集诱导发光材料DP-TBT的纳米螺旋组装体扫描电镜示意图 (A: 0 h; B: 12 h; C: 24 h);基于DP-TBT的纳米螺旋组装体冷冻电镜示意图 (D) 及其三维重构图 (E);基于DP-TBT的纳米螺旋组装体的组装机理示意图 (F);DP-TBT三聚体中的分子构型 (G)、分子堆积距离 (H) 和分子间作用力示意图 (I)。

  基于此,西安交通大学孟令杰教授、党东锋副教授团队和香港科技大学唐本忠院士团队合作,构筑了一类具有较好固态发射性能的聚集诱导发光 (Aggregation-Induced Emission, AIE) 材料DP-TBT。研究发现,该AIE材料在四氢呋喃和水的混合溶液中极易发生自组装形成螺旋形貌的组装体 (图1所示)。而通过理论计算表明,DP-TBT内丰富的分子间作用力不仅保证了其良好的荧光发射性能,也确保了其稳定的组装形貌。之后,研究团队利用STED高分辨成像技术对其进行成像表征。研究发现:构筑的AIE材料不仅具有较好的光学稳定性能,也显示了良好的受激辐射性能;同时相较于商用的STED成像试剂,DP-TBT在成像分辨率方面也得到了明显提升,其螺旋组装纤维的宽度和成像半峰宽等均得到了明显改善和提高 (图2所示),充分证明了具有高效发光性能及光学稳定性能的聚集诱导发光材料可以满足STED超高分辨成像的要求,这为进一步实现高分辨动态监测和成像等相关研究奠定了夯实基础。

图2. 基于DP-TBT的纳米螺旋组装体在Confocal (A) 和STED (B) 模式下的荧光照片;基于DP-TBT的纳米螺旋组装体在STED激光“开-关”条件下的荧光照片 (C) 及其荧光强度示意图 (D);FITC和DP-TBT的光稳定性示意图 (E) 及FITC的成像半峰宽示意图 (F);基于DP-TBT的纳米螺旋组装体在Confocal (G) 和STED (H) 模式下的荧光照片及其成像半峰宽示意图 (I)。

  目前上述论文已经成功发表在ACS Nano上 (2019, DOI: 10.1021/acsnano.9b05914),论文完成单位分别为西安交通大学理学院和香港科技大学理学院,通讯作者分别为党东锋副教授孟令杰教授唐本忠院士

  论文链接:https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsnano.9b05914

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