“生物光學窗”下的硅熒光材料

材料牛注：日本國立材料研究所納米材料國際中心（NIMS MANA）的研究團體和名古屋大學的一個研究小組共同開發出了一種硅熒光材料，其相對于傳統的材料，毒性非常低，發光效率高。該聯合小組用這種新材料在近紅外輻射（NIR）下，650?1000納米的波長——這個范圍被稱為“生物光學窗口”，成功地進行了生物成像。

一個由MANA首席研究員Fran?oise Winnik、MANA博士后研究員Sourov Chandra領導的研究小組，一個由MANA獨立科學家Naoto Shirahata領導的研究小組，和一個名古屋大學工學研究科的教授Yoshinobu Baba、助理教授Takao Yasui組成的研究小組，他們共同開發的硅熒光物質，比常規材料毒性低，發光效率高。近紅外輻射（NIR）下，650?1000納米的波長——這個范圍被稱為“生物光學窗口”，即能夠通過生命體的波長。聯合小組在世界上首次用這種新材料成功地進行了生物成像。

熒光生物成像是指細胞和其它生物組織的可視化，它們本身是肉眼看不見的，通過熒光材料標記變得可見。該技術保證了活細胞的實時分布和行為的活體觀察。通過這種技術的應用，觀察與疾病相關的細胞和生物分子的行為并確定疾病發展的機制，成為了可能。

許多傳統的熒光材料的發光是因對紫外線（UV）光或可見光的反應。但是，由于生物組分如血紅蛋白和體液吸收這些類型的光，它們對生物主體的深層次觀察是不適用的。一些熒光材料，在 “生物光學窗”的波長下是反應性的，但大多數材料具有低的發光效率，而具有較高的發光效率的又含有有毒元素如鉛和汞。

使用硅基顆粒，聯合小組成功開發出入射光的波長與“生物光學窗口”相近時能夠有效地發光的熒光材料。硅基熒光材料的生物成像，之前已有研究，并發現了一些問題，如需要紫外線激發和高效發光，而且發光效率較低。鑒于這些問題，聯合研究小組開發了一種新的核-雙殼結構，其中結晶硅納米顆粒作為核心，涂覆有烴基和表面活性劑。雙光子激發熒光成像表明，結晶硅吸收近紅外時表現出高效的光激發，并且在該烴基涂層發射量子產率增加。此外，表面活性劑涂層制成的熒光材料是水溶性的。其結果是，使靶生物分子的標記效率高，由此得到使用可通過生命體的近紅外波段輻射的標記目標的熒光生物成像。

在今后的研究中，我們的目標是，利用我們在本研究中開發的新型硅熒光材料完成深層次的熒光生物成像。

該項研究的一部分，在教育，文化，體育，科學與技術部門舉辦的“日本納米技術平臺”計劃下，與名古屋大學的“分子材料合成平臺”項目合作進行。

這項研究結果于2016年4月13日發表在Nanoscale的網絡版上。

原文鏈接：Silicon fluorescent material developed enabling observations under a bright 'biological optical window'

文獻鏈接：Functional double-shelled silicon nanocrystals for two-photon fluorescence cell imaging: spectral evolution and tuning

本文由編輯部楊洪期提供素材，豆慧敏編譯，點我加入材料人編輯部。