【国庆汇总】全球有机半导体成像研究团队介绍及最近研究进展梳理

tt 6年前 (2018-10-09) 5287浏览

在刚刚落下帷幕的诺贝尔奖评选中，“光学镊子”摘取了诺贝尔物理学奖的桂冠。这也是继绿色荧光蛋白和超分辨光学成像之后，光学相关领域近年来的第三次诺奖，充分说明了光学领域的研究未来和重要性。

光学成像在生物学和医学中有着非常重要的作用，其能够高度清晰地对各种生理和病理过程进行实时监测，并实现可视化，从而推动生物学和医学的发展。拥有π共轭结构的有机半导体材料，由于较容易的化学修饰和明确的结构-性能关系，可以通过不同的设计与合成来满足不同成像技术的要求。因而有机半导体成像对解决临床前沿研究和临床实用问题都有巨大的潜力，而吸引了广泛的关注。

目前，有机半导体成像的研究正处于一个快速创新和发展的阶段，世界各国都有众多研究者都在开发具有新型功能的有机半导体材料，并将其应用在生物成像中。这些科研团队不仅在前沿科学研究中取得了重大进展，也在产业化应用中取得了一定的进展。本文将结合部分国内外顶尖有机半导体成像研究团队及其研究进展，对有机半导体生物成像的研究现状和发展情况进行梳理。

戴宏杰（美国斯坦福大学）

戴宏杰于1989年从清华大学物理系获得理学学士学位，通过CUSPEA考试赴美留学。分别在美国哥伦比亚大学和美国哈佛大学获得硕士和博士学位。在硕士和博士期间，戴宏杰跟随Charles Lieber教授从事博士论文工作。戴宏杰1997年加入美国斯坦福大学，先后担任助理教授、终生教授、正教授、荣誉教授；2002年获得美国化学会纯粹化学奖；2005年现任职于美国斯坦福大学，并于2016年当选为美国科学院院士。在2000-2010年全球顶尖一百化学家名人堂榜单总排名第7，华人第1。

戴宏杰的研究方向包括：新型一维纳米材料与微米/纳米半导体结构的集成；利用新型探针和新的成像机理的扫描探针显微技术及其应用。

戴宏杰在成像领域的研究主要为利用碳纳米管的红外波长荧光显示动物器官成像。戴宏杰团队早在2008年就将碳纳米管载药应用在肿瘤治疗中，又在2011年将成像功能加入。因而在载药的同时，实现药物的追踪。课题组利用碳纳米管1000到1400纳米的波长成像，改波段的波长具有较小的散射，可以在小鼠体内获得清晰的成像结果。相对于传统的CT成像和X光成像，碳纳米管的红外成像对生物体的辐射更小，且成本更低。

刘斌（新加坡国立大学）

刘斌分别于1995年和1998年在南京大学化学系获得学士和硕士学位，又于2001年在新加坡国立大学获得博士学位。之后，刘斌在美国加州大学圣芭芭拉分校跟随Guillermo C. Bazan进行博士后研究。刘斌教授从2005年加入新加坡国立大学，现在是新加坡国立大学化工系正教授和系主任，同时也是Polymer Chemistry的副主编。

刘斌的研究领域包括具有聚集诱导发光性质的荧光探针在生物成像领域中的应用以及共轭高分子在细胞成像和检测中的应用。

刘斌团队最近报导了一种基于聚集诱导发光的荧光“点亮”探针，BCN-TPET-TEG，以生物正交的方式实现生物体内肿瘤标记。BCN-TPET-TEG由AIE光敏剂、无铜点击的环辛炔和亲水三甘醇链组成。这个探针具有在可见光区较宽的吸收光谱，近红外发射和ROS产率高达59.1%的优点。由于三甘醇链的亲水性及AIE荧光分子的发光特性，BCN-TPET-TEG在水中发光较弱。但是当其与通过细胞代谢引入肿瘤细胞表面的叠氮基团反应后，探针的荧光增强，可实现快速的肿瘤特异性成像，和实现肿瘤光动力治疗。

王树（中国科学院）

王树于1994年在河北大学化学系获得理学学士学位，又于1999年在北京大学化学与分子工程学院获得理学博士学位。1999年至2001年，在中国科学院北京化学所有机固体重点实验室从事博士后研究；2001年至2004年，在美国加州大学圣芭芭拉分校高分子与有机固体研究所从事博士后研究；2004年入选中国科学院“百人计划”回国，任中国科学院化学研究所研究员，博士生导师。2007年获国家杰出青年科学基金资助。现为ACS Applied Bio Materials期刊责任主编。

王树的研究方向为（1）导电共轭高分子的设计、合成以及性能研究；（2）基于导电共轭高分子的生物传感器；（3）生物活性导电共轭高分子与生命化学研究。

王树团队最近报导了一种光响应的共轭聚合物载体，用于药物传递和成像。在这个工作中，作者在PPV骨架上接入了光响应基团DASA。DASA可在光照下实现亲疏水性的变化，从而实现纳米粒子的溶胀和药物释放。又由于DASA与PPV骨架之间的荧光共振能量转移，在这个过程中实现荧光的变化。

浦侃裔（新加坡南洋理工大学）

浦侃裔现为新加坡南洋理工大学化学与生物医学工程学院副教授。目前的研究方向侧重于有机光学纳米探针在疾病诊疗与药物毒性检测中的应用，涉及智能响应型活体荧光、光声成像、纳米医药、光热调控离子通道与基因表达等研究。首次提出的可降解共轭聚合物用于余辉分子成像（molecular afterglow imaging）近期发表于Nature Biotechnology。浦侃裔团队自2015年6月成立至今，该团队已在国际主流期刊上发表高水平文章50多篇（包括Nat. Biotechnol., Nat. Nanotechnol., Nat. Commun., J. Am. Chem. Soc., Angew. Chem. Int. Ed., Adv. Mater., Nano. Lett.等）。浦侃裔至今累计发表高档次文章100多篇，SCI H-index=48。

浦侃裔团队近期报导了一种亲水性的PPV衍生物，可以在生物介质中自组装形成纳米粒子（SPPVN）和近红外余辉发光。此材料在可在小鼠体内实现转移肿瘤成像。相对于从疏水PPV衍生物制备得到的纳米粒子（PPVP），SPPVN拥有较小的粒径、更高的能量转移效率和更强的发光强度。除此之外，因为SPPVN比PPVP-聚乙烯醇具有更高的PEG密度，SPPVN可以在肿瘤中更好地积聚。这些优点使得SPPVN可在肿瘤成像中具有非常好的应用前景。