光學探針涉及化學、材料、光物理、生物、醫學等多學科交叉領域，其開發與應用在生物檢測和成像等方面具有重要意義，不僅為科研人員探索生命的奧秘提供有利武器，同時也為重大疾病的預防、控制及治療提供了重要工具。
一直以來，中國科學院深圳先進技術研究院生物醫藥與技術研究所納米中心的張鵬飛副研究員團隊致力於高性能發光材料和光學探針的研發與應用，研發出基於聚集發光材料的多功能光學探針，探索光學探針在智能傳感、功能成像、生物檢測、免疫治療等方面的運用場景。
△張鵬飛團隊研發的免洗快速成像光學探針
會發光的分子材料
談到張鵬飛團隊與光學探針的淵源，要從一類會發光的分子材料說起。
2001年，香港科技大學的唐本忠院士團隊首次注意到一類有機分子在溶液中不發光，在溶液揮發後變成幹點時卻可以發光。他將這種新現象定義為Aggregation-Induced Emission(AIE)，意即「聚集誘導發光」。AIE現象具有科學價值和實際意義，通過在介觀層次對分子按照一定規律進行排列，就會在不改變分子結構的情況下賦予其全新的性質。
作為一種具有優異性能的新型分子材料，AIE在各個領域都用應用潛力。博士期間，張鵬飛跟隨唐本忠院士，基於AIE發光材料研發多功能光學探針，探索光學探針在智能傳感，功能成像、生物檢測等方面的應用。
用AIE材料標記我們感興趣的藥物或者生物體，就像給它們安裝了「GPS」一樣，能實時監測到觀察目標的具體位置。然而，張鵬飛認為，用於造影劑僅僅能夠實現成像與定位，遠遠沒有發揮其巨大潛力。只有構建能夠實現智能感知與環境響應的分子探針才能幫助生物學家和醫學專家可視化理解生命過程與疾病發生與發展的機制。
「傳統的造影劑打入血管中，能回答血管的大小，卻無法區分血管中含氧量的多少。」張鵬飛表示。
張鵬飛與唐本忠院士及其團隊成員合作，嘗試利用AIE發光材料研發能對生物活性分子具有智能響應能力的出有關一氧化碳的探針，通過螢光信號的方式，觀察小鼠體內一氧化碳是否升高或降低，結果表明，螢光信號在遇到一氧化碳含量變化時，信號顏色不同。
張鵬飛表示，通過改變分子的排列方式和組合方式，就可以對光學探針的性能進行調控(如發射波長與螢光壽命)，這就是聚集態科學為光學探針開發帶來的新的機遇。同時針對特定功能進行光學探針的定製化研發，可以為現有光學探針的臨床轉化提供一條捷徑。
多方嘗試，開拓運用
一直以來，張鵬飛團隊立足於生物醫學應用需求，基於AIE材料嘗試研發不同功能的光學探針。一方面，張鵬飛團隊思考能否在體內快速檢測中，讓光學探針發揮「GPS」的功能。從2012年開始，張鵬飛團隊就一直圍繞藥物及生物體的體內示蹤開發近紅外光學探針，到目前為止，已經開發出多種近紅外光學探針用於生物大分子藥物/載體、病毒、細胞等的示蹤。最近，他們開發出近紅外二區AIE光學探針用於仿生納米機器人系統的示蹤與定位，可以對其在體內跨越血腦屏障與腦膠質治療過程進行實時監測與定位，為納米尺度開展機器人的開發提供了便攜的GPS定位系統。
另一方面，團隊也致力於在體外快速檢測中讓光學探針發揮「GPS」的功能。2018年，張鵬飛與唐本忠院士及其團隊成員合作基於AIE光學探針研發出AIE轉基因現場檢測試劑盒及配套儀器，實現了轉基因食品的快速可視化檢測。對於農產品檢測，特別是進出口食品來說，檢測時間越長，變質的可能性就越大，快速可視化檢測能夠快速提高食品檢測效率。
「我們要做的，就是要與時間賽跑。」張鵬飛說。
△張鵬飛(左三)及其團隊
利用快速可視化的特點，研究團隊致力於通過對材料的合理設計及可控改造，深入理解聚集態發光材料的發光特性，基於現有的具有臨床轉化前景的發光材料，開發新型的多功能生物材料，做到讓光學探針與時間賽跑。
「多方嘗試，才能開拓運用。」張鵬飛表示，針對不同功能研發探針，一方面能夠增加團隊在相關研究領域的技術儲備和經驗；另一方面，在先進院轉移轉化的工作氛圍下進行科研工作，能夠讓研究方向更加明晰，產業化運作為科研成果提供了出口。
未來，除了在智能成像、生物示蹤之外，張鵬飛團隊還將進一步結合聚集態科學的研究過程中的基本科學認識，利用聚集態獨特的光學特性，研發多功能光學探針，讓光學探針成為與時間賽跑的「GPS」。
（文章來源：讀創）