1. 研究背景
深入观察大脑结构和功能对于揭示与大脑和神经系统相关的疾病的发病机制至关重要。荧光成像因其高分辨率、低侵入性和高灵敏度的优点，已成为神经科学研究中不可或缺的方法。然而，由于生物组织散射和吸收的影响，传统的荧光成像技术在深部脑组织的可视化方面受到限制。与传统的NIR-I（700-900 nm）荧光成像相比，NIR-II（1100-1700 nm）荧光成像因其大穿透深度和高成像对比度而引起了人们相当大的关注。由于组织吸收和散射的进一步减少以及可忽略的自发荧光，人们探索了1700至2200 nm的新成像窗口。新兴的多光子显微镜（MPM）通过使用非线性光学材料提供了一种有效的方法来应对这一挑战。MPM依赖于单个荧光团同时吸收两个或多个低能光子，随后在短波长区域发射一个高能光子。在过去的几十年里，双光子显微镜（2PM）的出现使大脑研究受益匪浅，因为它具有高空间分辨率和体内3D切片能力。然而，由于强光子散射，双光子成像的穿透深度仅限于几百微米。需要开发新的成像技术来突破毫米级的成像深度。在此背景下，三光子显微镜（3PM）进一步增加了荧光成像深度，成为受欢迎的深部组织成像技术之一。
2. 结果与讨论
设计并合成了三种基于供体-受体-供体（D-A-D）共轭结构的Aza-BODIPY荧光团FPB、TPB、PPB，它们在有机相中具有较大的三光子吸收截面和较高的荧光量子产率（≈0.9）。通过点击反应引入聚乙二醇（PEG）侧链，这些分子被赋予了水溶性。PEG的进一步包封得到了超小的纳米点（≈4 nm），纳米点可以通过肾脏迅速从体内排出。小鼠的三光子成像表明，开颅术后可以清楚地分辨出深度为1900 µm的脑血管，而在1620 nm激发下，完整颅骨的500µm脑血管可以清晰地分辨出来。纳米点能够使用3PM测量1617µm深度的血流速度。
图1. 荧光团的合成路线以及结构式
图2. FPB、TPB、PPB的光物理性质
图3. FPBP、TPBP、PPBP的光物理性质
图4. 小鼠脑血管的三光子成像
DOI:10.1002/smll.202403994
