1 南通市口腔医院，江苏 南通 226000
2 南通市中西医结合医院，江苏 南通 226000
3 北京大学长三角光电科学研究院，江苏 南通 226000
4 人工微结构和介观物理国家重点实验室，北京大学物理学院，北京 100871
与可见光区（400~700 nm）和近红外一区（NIR-I，700~900 nm）荧光成像（FL）相比，近红外二区（NIR-II，1000~1700 nm）荧光成像具有更深的穿透深度、更高的信噪比。开发亮度高、吸收/发射波长长、生物相容性好的NIR-II荧光探针一直是NIR-II荧光成像领域的一个重要研究方向。有机NIR-II荧光探针以其优异的生物相容性和良好的药代动力学特性而备受关注。本文从红移吸收/发射波长、提高荧光量子产率/摩尔吸光系数、改善生物相容性等角度系统总结了近年来花菁类染料、D-A-D小分子、聚合物点等有机NIR-II荧光探针的研究进展，重点介绍了具有代表性的荧光探针在活体NIR-II荧光成像中的应用，最后讨论了有机NIR-II荧光探针迈向临床应用面临的潜在挑战。
医用光学 近红外二区 荧光探针 花菁类染料 有机小分子 聚集诱导发光 共轭聚合物 中国激光
2023, 50(21): 2107101
Author Affiliations
Abstract
Zhejiang University, School of Materials Science and Engineering, Cyrus Tang Center for Sensor Materials and Applications, State Key Laboratory of Silicon Materials and Advanced Semiconductor Materials, Hangzhou, China
Different from single and static photonic materials, dynamically responsive materials possess numerous advantages, such as being multifunctional, dynamically responsive, and able to provide multiple channels within spatially limited platforms, thus exhibiting great potential for application in the color-on-demand areas, including imaging, optical displays, anticounterfeiting, and encoding. Photonic functional metal–organic frameworks (MOFs), with highly designable framework structures and varieties of optical functional building units, possess broad research and application prospects in the field of photonics, which make it possible to design a promising platform with multifunctional and integrated photonic performance. In this review, beyond the preparation strategies of stimuli-responsive photonic MOFs, we also summarize the stimuli-responsive photonic MOFs regarding several most representative types of external stimuli (such as light, gas, pressure, and polarization). As shown, external stimulation endows the stimuli-responsive photonic MOFs with intriguing regulatable photonic properties: intensive and tunable emission, multiphoton-excitable luminescence, nonlinear optical, circularly polarized luminescence, lasing, etc. Furthermore, their advanced representative applications, such as information encryption and anticounterfeiting display, biological imaging, chemosensing, and others, are also reviewed. The challenges are proposed and the prospects are addressed.
stimuli-responsive photonic properties switchable materials photochromic molecules metal–organic frameworks Advanced Photonics
2023, 5(5): 054001
1 华中科技大学 同济医学院附属同济医院 妇产科，湖北 武汉 430000
2 华中科技大学 同济医学院附属武汉市中心医院 院士专家工作站，湖北 武汉 430000
CRISPR/Cas9系统因其高效、操作简便、物种适应性广等优势被广泛应用于基因编辑领域，该系统是由靶向目标DNA序列的引导RNA （sgRNA）和具有切割酶活性的Cas9蛋白组成。近年来，通过将核酸酶失活的Cas9突变体dCas9 （dead Cas9）或sgRNA与荧光蛋白（FPs）、有机染料、量子点（QDs）结合开发出一系列超分辨活细胞成像技术，该技术有助于在更高分辨率下研究不同基因、染色体以及基因与染色体之间的时空关系，对促进遗传学、细胞生物学和生物医学等领域的快速发展具有重要意义。文中主要总结基于CRISPR/Cas9系统的活细胞成像技术的最新进展，有望进一步扩大活细胞成像技术在生物医学领域的广泛应用。
活细胞成像 CRISPR/Cas9 荧光分子 超分辨 live cell imaging CRISPR/Cas9 fluorescent molecules super resolution 红外与激光工程
2022, 51(11): 20220597
华侨大学信息科学与工程学院，福建省光传输与变换重点实验室，福建 厦门 361021
在近红外波段强飞秒激光场中从实验上系统地研究了稀有气体原子［氙（Xe）和氩（Ar）］和双原子分子［具有不同分子结构对称性的氧气（O2）和氮气（N2）］在不同波长（800 nm、1250 nm和1500 nm）下的单电离和非顺序双电离（NSDI）。分析发现，与Xe、Ar和N2相比，O2的NSDI产率随光强变化的曲线中平坦区的斜率增加更明显，而所有气体平坦区的NSDI产率的波长标定律与半经典“三步”模型所预测的结果存在差异。进一步的研究发现O2的NSDI产率和其对照原子Xe相比在所有波长下都被抑制了，且抑制程度随波长的增加而变得更明显；而N2的NSDI产率在短波长（800 nm）下和Ar的基本一样，但在长波长下也被抑制。这些实验结果可用于完善分子NSDI的波长标定律和研究分子结构对其NSDI行为的影响，表明可以通过从宏观上调控波长来实现对涉及多电子关联效应的分子NSDI的超快控制。
原子与分子物理学 强飞秒激光场 双原子分子 波长依赖 非顺序双电离 光学学报
2022, 42(13): 1302001
延安大学 物理与电子信息学院，陕西 延安 716000
通过数值和解析相结合的方法研究了对称和不对称分子谐波辐射与其结构的内在关系。首先应用虚实演化法得到了对称分子和不对称分子的基态波函数的数值表达式，从基态波函数出发，计算了束缚-连续态跃迁偶极矩，并与纯解析方法得到的跃迁偶极矩进行了比较。结果表明：对于对称分子，用虚实演化方法计算得到的基态波函数显著改善了奇次偶极矩和奇次谐波谱的一致性；对于不对称分子，得到的基态波函数显著改善了奇偶偶极矩最小值和奇偶谐波极化最大值之间的一致性；结果验证了高次谐波谱与跃迁偶极矩之间的一一对应关系。通过跃迁偶极矩可重构分子轨道，从而深入了解对称分子高次谐波与对称分子轨道之间的相互关系及不对称分子奇偶高次谐波与不对称分子轨道之间的相互关系。
高次谐波 跃迁矩阵元 数值法 解析法 对称分子 不对称分子 High-order harmonic generation Transition matrix elements Numerical method Analytical method Symmetric molecules Asymmetric molecules
南京工业大学先进材料研究院，江苏 南京 211816
近红外二区（NIR-Ⅱ，1000~1700 nm）荧光成像（FLI）可以克服组织强吸收、高散射和自体荧光等问题，显著改善成像时空分辨率、信噪比和穿透深度，在重大疾病诊疗领域发挥着重要作用。在众多NIR-Ⅱ荧光材料中，有机小分子因其生物相容性好、体内代谢快和生物安全性高等优点而呈现出巨大的临床转化潜力。目前，大多数NIR-Ⅱ小分子为“always on”型，对病灶的检测缺乏精确度，导致诊断结果的不确定。激活型NIR-Ⅱ小分子可在特定的生物标志物激活下产生特异性荧光信号，从而极大地提升检测的精准性和可靠性。系统总结了近年来用于生物成像的激活型NIR-Ⅱ小分子，重点关注其分子结构设计策略及其生物成像性能。此外，对当前存在的问题、挑战和未来的发展方向进行了讨论。
激光与光电子学进展
2022, 59(6): 0617010
华东师范大学精密光谱科学与技术国家重点实验室, 上海 200062
甲烷 (CH4) 和氮气 (N2) 是很多类地星体的主要气体成 分, HCN、CN、C2H2 等分子是以这两种混合气体为母体的主要产物。实验利用 CH4/N2 放电等离子体模拟主要产物分子的形成过程, 并基于中红外波长调制吸收光谱技术, 通过测量 HCN 和 C2H2 的吸收光谱研究了其浓度演化过程。实验结果表明 HCN 和 C2H2 的相对浓度依赖母体分子中的 C/N 比例。母体分子中 N2 过量有利于 HCN 的生成, 而 CH4 过量有利 于 C2H2 的形成。CH4 和 N2 的浓度配比实验表明, HCN 的主要生成途径 为 CH3+N→HCN+H2。此外, CH4/N2 辉光放电生成的 C2H2 也可能进一步与 N2 结合生成 HCN。
光谱学 等离子光谱 HCN分子 吸收光谱 波长调制光谱 spectroscopy plasma spectrum HCN molecules absorption spectroscopy wavelength modulation spectroscopy
Author Affiliations
Abstract
National Institute of Applied Sciences and Technology, Carthage University, 1080 Tunis, Tunisia
The strong coupling between vibrational modes of molecules and surface plasmon resonance (SPR) modes in graphene makes them an ideal platform for biosensor techniques. In this paper, a new optical biosensor for molecule detection based on silver metallic nanoparticles (MNPs) and graphene/gold MNPs in a terahertz frequency range is achieved. It is established that the nonlinear electrical properties of graphene can play a major role in realizing a biosensor for molecule detection. The performance parameters of the proposed device are reported with respect to the chemical potential of graphene, noting that the sensitivity of our device passes from 255 nm/RIU (nanometers/refractive index unit) for to 2753 nm/RIU for . Finally, this structure exhibits an optical sensing region that can be adjusted to meet the requirements of optical detection.
biosensor graphene plasmon resonance vibrational modes of molecules Chinese Optics Letters
2021, 19(12): 123603
