聚集诱导发红光材料在生物成像领域的应用

近年,荧光生物成像技术在生物医学领域发展迅速,为生命科学的研究和疾病诊断提供了一种可视化手段。有机荧光染料是一类常用的荧光试剂,具有种类繁多、化学结构和发光颜色易于调节等优势。然而,有机荧光染料大都具有较高的共轭程度和刚性的平面结构,在其良溶剂中发光强烈。由于其疏水性较强,在生物体内容易聚集,导致荧光强度急剧下降,表现出聚集导致荧光猝灭(ACQ)效应,使荧光信号大幅减弱。严重的ACQ效应大大限制了有机染料在荧光成像技术中的实际应用。聚集诱导发光(AIE)材料在溶液中发光微弱甚至不发光,在聚集状态或固态下发出强烈的荧光。聚集是疏水性基团的本性,AIE材料聚集后荧光强度显著增大,这与ACQ材料恰恰相反,从根本上克服了ACQ效应。自AIE材料被发现以来,因其独特的发光性能,引起了各国科研工作者的极大兴趣。随着AIE材料发光机理的揭示,众多的AIE分子被设计合成出来,并在有机发光二极管、荧光探针和生物成像等领域展现出巨大的应用潜力。大部分AIE材料发射蓝光、绿光或黄光,发射红光的AIE材料种类和数量十分有限。然而,红光AIE材料是基础研究和应用研究中必不可少的要素之一,其兼具发射红光和AIE特性,在生物成像领域具有诸多优势。一方面,红光具有穿透能力强、激发能量低、背景荧光干扰小等优点;另一方面,红光AIE分子聚集后能发出强烈的荧光,可以将其应用于生物成像以获得高亮度的荧光;由红光AIE分子制备的纳米粒子,抗光漂白性较强,同时低毒、可控,有望替代无机量子点应用于生物分析和医学成像领域。因此,红光AIE材料在生物成像领域的前景十分广阔。本文列举了一些具有代表性的红光AIE材料,重点介绍红光AIE小分子、物理包覆红光AIE分子形成的纳米粒子、共价键连接红光AIE分子与聚合物形成的纳米粒子及基于红光AIE分子的氧化硅纳米粒子在细胞成像、动物成像等生物成像领域的应用,并对红光AIE材料的设计及其在生物成像领域的应用进行了展望,以期为红光AIE分子的设计制备和应用研究提供参考。