“生物光学窗”下的硅荧光材料

材料牛注：日本国立材料研究所纳米材料国际中心（NIMS MANA）的研究团体和名古屋大学的一个研究小组共同开发出了一种硅荧光材料，其相对于传统的材料，毒性非常低，发光效率高。该联合小组用这种新材料在近红外辐射（NIR）下，650〜1000纳米的波长——这个范围被称为“生物光学窗口”，成功地进行了生物成像。

一个由MANA首席研究员Françoise Winnik、MANA博士后研究员Sourov Chandra领导的研究小组，一个由MANA独立科学家Naoto Shirahata领导的研究小组，和一个名古屋大学工学研究科的教授Yoshinobu Baba、助理教授Takao Yasui组成的研究小组，他们共同开发的硅荧光物质，比常规材料毒性低，发光效率高。近红外辐射（NIR）下，650〜1000纳米的波长——这个范围被称为“生物光学窗口”，即能够通过生命体的波长。联合小组在世界上首次用这种新材料成功地进行了生物成像。

荧光生物成像是指细胞和其它生物组织的可视化，它们本身是肉眼看不见的，通过荧光材料标记变得可见。该技术保证了活细胞的实时分布和行为的活体观察。通过这种技术的应用，观察与疾病相关的细胞和生物分子的行为并确定疾病发展的机制，成为了可能。

许多传统的荧光材料的发光是因对紫外线（UV）光或可见光的反应。但是，由于生物组分如血红蛋白和体液吸收这些类型的光，它们对生物主体的深层次观察是不适用的。一些荧光材料，在 “生物光学窗”的波长下是反应性的，但大多数材料具有低的发光效率，而具有较高的发光效率的又含有有毒元素如铅和汞。

使用硅基颗粒，联合小组成功开发出入射光的波长与“生物光学窗口”相近时能够有效地发光的荧光材料。硅基荧光材料的生物成像，之前已有研究，并发现了一些问题，如需要紫外线激发和高效发光，而且发光效率较低。鉴于这些问题，联合研究小组开发了一种新的核-双壳结构，其中结晶硅纳米颗粒作为核心，涂覆有烃基和表面活性剂。双光子激发荧光成像表明，结晶硅吸收近红外时表现出高效的光激发，并且在该烃基涂层发射量子产率增加。此外，表面活性剂涂层制成的荧光材料是水溶性的。其结果是，使靶生物分子的标记效率高，由此得到使用可通过生命体的近红外波段辐射的标记目标的荧光生物成像。

在今后的研究中，我们的目标是，利用我们在本研究中开发的新型硅荧光材料完成深层次的荧光生物成像。

该项研究的一部分，在教育，文化，体育，科学与技术部门举办的“日本纳米技术平台”计划下，与名古屋大学的“分子材料合成平台”项目合作进行。

这项研究结果于2016年4月13日发表在Nanoscale的网络版上。

原文链接：Silicon fluorescent material developed enabling observations under a bright 'biological optical window'

文献链接：Functional double-shelled silicon nanocrystals for two-photon fluorescence cell imaging: spectral evolution and tuning

本文由编辑部杨洪期提供素材，豆慧敏编译，点我加入材料人编辑部。