【國慶匯總】全球有機半導體成像研究團隊介紹及最近研究進展梳理

tt 5年前 (2018-10-09) 4801瀏覽

在剛剛落下帷幕的諾貝爾獎評選中，“光學鑷子”摘取了諾貝爾物理學獎的桂冠。這也是繼綠色熒光蛋白和超分辨光學成像之后，光學相關領域近年來的第三次諾獎，充分說明了光學領域的研究未來和重要性。

光學成像在生物學和醫學中有著非常重要的作用，其能夠高度清晰地對各種生理和病理過程進行實時監測，并實現可視化，從而推動生物學和醫學的發展。擁有π共軛結構的有機半導體材料，由于較容易的化學修飾和明確的結構-性能關系，可以通過不同的設計與合成來滿足不同成像技術的要求。因而有機半導體成像對解決臨床前沿研究和臨床實用問題都有巨大的潛力，而吸引了廣泛的關注。

目前，有機半導體成像的研究正處于一個快速創新和發展的階段，世界各國都有眾多研究者都在開發具有新型功能的有機半導體材料，并將其應用在生物成像中。這些科研團隊不僅在前沿科學研究中取得了重大進展，也在產業化應用中取得了一定的進展。本文將結合部分國內外頂尖有機半導體成像研究團隊及其研究進展，對有機半導體生物成像的研究現狀和發展情況進行梳理。

戴宏杰（美國斯坦福大學）

戴宏杰于1989年從清華大學物理系獲得理學學士學位，通過CUSPEA考試赴美留學。分別在美國哥倫比亞大學和美國哈佛大學獲得碩士和博士學位。在碩士和博士期間，戴宏杰跟隨Charles Lieber教授從事博士論文工作。戴宏杰1997年加入美國斯坦福大學，先后擔任助理教授、終生教授、正教授、榮譽教授；2002年獲得美國化學會純粹化學獎；2005年現任職于美國斯坦福大學，并于2016年當選為美國科學院院士。在2000-2010年全球頂尖一百化學家名人堂榜單總排名第7，華人第1。

戴宏杰的研究方向包括：新型一維納米材料與微米/納米半導體結構的集成；利用新型探針和新的成像機理的掃描探針顯微技術及其應用。

戴宏杰在成像領域的研究主要為利用碳納米管的紅外波長熒光顯示動物器官成像。戴宏杰團隊早在2008年就將碳納米管載藥應用在腫瘤治療中，又在2011年將成像功能加入。因而在載藥的同時，實現藥物的追蹤。課題組利用碳納米管1000到1400納米的波長成像，改波段的波長具有較小的散射，可以在小鼠體內獲得清晰的成像結果。相對于傳統的CT成像和X光成像，碳納米管的紅外成像對生物體的輻射更小，且成本更低。

劉斌（新加坡國立大學）

劉斌分別于1995年和1998年在南京大學化學系獲得學士和碩士學位，又于2001年在新加坡國立大學獲得博士學位。之后，劉斌在美國加州大學圣芭芭拉分校跟隨Guillermo C. Bazan進行博士后研究。劉斌教授從2005年加入新加坡國立大學，現在是新加坡國立大學化工系正教授和系主任，同時也是Polymer Chemistry的副主編。

劉斌的研究領域包括具有聚集誘導發光性質的熒光探針在生物成像領域中的應用以及共軛高分子在細胞成像和檢測中的應用。

劉斌團隊最近報導了一種基于聚集誘導發光的熒光“點亮”探針，BCN-TPET-TEG，以生物正交的方式實現生物體內腫瘤標記。BCN-TPET-TEG由AIE光敏劑、無銅點擊的環辛炔和親水三甘醇鏈組成。這個探針具有在可見光區較寬的吸收光譜，近紅外發射和ROS產率高達59.1%的優點。由于三甘醇鏈的親水性及AIE熒光分子的發光特性，BCN-TPET-TEG在水中發光較弱。但是當其與通過細胞代謝引入腫瘤細胞表面的疊氮基團反應后，探針的熒光增強，可實現快速的腫瘤特異性成像，和實現腫瘤光動力治療。

王樹（中國科學院）

王樹于1994年在河北大學化學系獲得理學學士學位，又于1999年在北京大學化學與分子工程學院獲得理學博士學位。1999年至2001年，在中國科學院北京化學所有機固體重點實驗室從事博士后研究；2001年至2004年，在美國加州大學圣芭芭拉分校高分子與有機固體研究所從事博士后研究；2004年入選中國科學院“百人計劃”回國，任中國科學院化學研究所研究員，博士生導師。2007年獲國家杰出青年科學基金資助。現為ACS Applied Bio Materials期刊責任主編。

王樹的研究方向為（1）導電共軛高分子的設計、合成以及性能研究；（2）基于導電共軛高分子的生物傳感器；（3）生物活性導電共軛高分子與生命化學研究。

王樹團隊最近報導了一種光響應的共軛聚合物載體，用于藥物傳遞和成像。在這個工作中，作者在PPV骨架上接入了光響應基團DASA。DASA可在光照下實現親疏水性的變化，從而實現納米粒子的溶脹和藥物釋放。又由于DASA與PPV骨架之間的熒光共振能量轉移，在這個過程中實現熒光的變化。

浦侃裔（新加坡南洋理工大學）

浦侃裔現為新加坡南洋理工大學化學與生物醫學工程學院副教授。目前的研究方向側重于有機光學納米探針在疾病診療與藥物毒性檢測中的應用，涉及智能響應型活體熒光、光聲成像、納米醫藥、光熱調控離子通道與基因表達等研究。首次提出的可降解共軛聚合物用于余輝分子成像（molecular afterglow imaging）近期發表于Nature Biotechnology。浦侃裔團隊自2015年6月成立至今，該團隊已在國際主流期刊上發表高水平文章50多篇（包括Nat. Biotechnol., Nat. Nanotechnol., Nat. Commun., J. Am. Chem. Soc., Angew. Chem. Int. Ed., Adv. Mater., Nano. Lett.等）。浦侃裔至今累計發表高檔次文章100多篇，SCI H-index=48。

浦侃裔團隊近期報導了一種親水性的PPV衍生物，可以在生物介質中自組裝形成納米粒子（SPPVN）和近紅外余輝發光。此材料在可在小鼠體內實現轉移腫瘤成像。相對于從疏水PPV衍生物制備得到的納米粒子（PPVP），SPPVN擁有較小的粒徑、更高的能量轉移效率和更強的發光強度。除此之外，因為SPPVN比PPVP-聚乙烯醇具有更高的PEG密度，SPPVN可以在腫瘤中更好地積聚。這些優點使得SPPVN可在腫瘤成像中具有非常好的應用前景。