徕卡显微技术与AIE成像

有机发光材料通常具有光电效率高、响应快以及分子柔性等优点，其已经在有机电致发光器件、化学传感、生物探针等方面取得了广泛的应用。

然而，许多有机分子由于其平面的共轭结构使其在稀溶液中发光很强，但在高浓度溶液中或在聚集状态下荧光变弱甚至完全消失，这就是聚集导致淬灭（aggregation-caused quenching, ACQ）荧光现象。

ACQ的存在，似乎使得传统有机发光材料有了那么一丝不完美，让英雄前行的盔甲染上了黯然之色。

01.什么是AIE？

2001年，在一个特殊情况下，唐本忠院士（“AIE材料之父”）发现了AIE（Aggregation-Induced Emission）现象，它与ACQ正好相反，具有聚集诱导发光的现象。是一类非常特殊的有机分子，其在溶解状态下不发光，只有当分子聚集时才会发出强烈的荧光。

与普通荧光染料相比，AIE具有以下特点：

• 在稀溶液中发光很弱，但在高浓度溶液中或在聚集（纳米粒子、胶束、固体薄膜或粉末）状态下荧光变强。具有典型的“人多力量大”（越聚集发光越强）的特性。

• AIE荧光探针在细胞器特异成像和长效追踪等领域的应用备受期待。

• 应用范围广泛，可以作为薄膜应用于OLED器件，作为纳米粒子或胶束应用于水系或生物体系。

02.AIE的前景

从AIE概念提出到现在，全世界已经有80余个国家和地区超过1500个国际团队进入该领域，总引用次数超过10万次，近两年每年新增的SCI级AIE论文超过1000篇。

图1：每年AIE相关研究的发文量统计（a）和引文量统计（b）

• 中科院文献情报中心和汤森路透（Thomason Reuters）联合发布的《2015研究前沿》中，AIE被评为化学和材料领域前十项研究前沿的第二位，且为重点热点研究领域。

• 2016年《自然》中，AIE纳米材料（AIE点）被列为支撑即将来临的纳米光革命的四大纳米材料体系之一。

契合中国政策：产学研结合。作为“中国品牌”的AIE材料，已经在光电器件、化学传感、生物检测和成像等领域展现了巨大的潜质。下面我们从熟悉的生物成像方面来看看AIE材料的应用。

03 AIE在生物成像方面的应用

先用一篇文章来描述AIE与光学成像系统的关系。AIE可以作为示踪信号，使我们了解从宏观à微观世界的各大方向：

相比于传统荧光染料，AIE染料的工作浓度更高，光稳定性更好，可以做长时间活细胞观察等特殊实验。

其生物毒性可编辑（既能合成生物兼容性染料，还能协同光动力治疗在特定光照下，精准杀伤细胞的染料。）

图2：在细胞学方向成像，从C与D图可以看出，AIE染料也可以用于STED超高纳米成像技术，提高成像的分辨率，能有效分析细胞内的信息。

图3：在组织学方向成像，利用AIE染料，对组织进行照影成像，找到病变区域，也是目前生物医学的研究热点之一。

图4：AIE的低毒性，高效率，富集发光的效益，也能很好的兼容模式生物方向的成像

文章引用：（Aggregation-Induced Emission (AIE) Dots: Emerging Theranostic Nanolights[J]. Accounts of Chemical Research, 2018.8b00060. Feng G, Liu B.）

04 Leica显微系统与AIE研究需求结合

从上面文章可以看出，AIE染料的研究需要从多方面入手，除了对化学功能基团修饰等，还需要掌握该修饰产生的结果：

• 是否发生了染料激发发射曲线的改变？

• 是否有对AIE的荧光寿命产生影响？

• 在生物体内AIE的化学结构是否发生变化？

徕卡推出了以下三套系统，通过对AIE原位特征分析，解决以上的AIE研究所需要了解的情况，还能够解析诸如细胞微环境等信息，助力AIE生物学研究。

图5：AIE染料原位特征研究的Leica解决方案

了解AIE染料的特征信息之后，AIE染色的结果是否可靠，与商业化的染料是否有同样的可信度，这是AIE染料推向科研需求的最后一步，徕卡通过推出以下三类解决方案，完善AIE生物学上的应用研究。

图6：AIE染料的生物学成像中，Leica的成套解决方案。

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