第一作者:  Zhongran Wei

通讯作者:  Xia Ran, Lijun Guo

通讯单位:  河南大学

研究内容：

具有优异的单光子和多光子性能的荧光金纳米团簇(Au NCs)在许多应用领域都被证明是很有前途的候选材料。然而，小的多光子吸收(MPA)截面和弱的多光子激发(MPE)荧光阻碍了其在近红外(NIR)激发下在生物成像中的实际应用。在这里，作者研究了精氨酸稳定的6-aza-2-硫代胸腺嘧啶Au NCs(Arg/ATT-Au NCs)的调控单光子和多光子特性和机制，以及在MPE荧光成像中的应用。将精氨酸引入ATT-Au NCs的覆盖层，显著改变了最低激发态的电子结构、吸收截面和弛豫动力学，大大降低了非辐射弛豫，抑制了闪烁，大大增强了荧光。除了改进的单光子性质外，Arg/ATTAu NCs还表现出显著的MPE荧光，具有较大的MPA截面。此外，Arg/ATT-Au NCs已成功应用于NIR激发下活细胞的双光子和三光子激发荧光成像。荧光具有尺寸小、量子产率高、良好的光稳定性和细胞相容性、MPA截面大、优异的MPE荧光成像性能等优点，使荧光Arg/ATT-Au NCs成为vis−NIR激发成像探针的理想候选。

示意图1

要点一：

研究了引入精氨酸配体对Au NCs的单光子和多光子特性的调控作用，并探讨了Arg/ATT-Au NCs在MPE生物成像中的应用。ATT-Au NCs与精氨酸的有效结合极大地限制了盖层配体的分子运动，并调节了Arg/ATT-Au NCs的电子结构和光物理性质。具体来说，ATT-Au NCs对最低激发态的吸收显著增加，从而通过直接激发或间接弛豫得到有效的填充。

要点二：

引入的精氨酸也对最低激发态的激发失活动力学进行了修正，表明平均荧光寿命延长，辐射弛豫过程的贡献增加。TA的结果显示了激发态之间的相关性。随着对非辐射过程的有效抑制和吸收截面的增加，Arg/ATT-Au NCs的荧光效率显著提高。

要点三：

    除了良好的单光子特性外，Arg/ATT-Au NCs还表现出了优异的二光子、三光子和四光子特性。所得到的6100GM在850 nm处的2PA横截面远远高于罗丹明6G和其他Au NCs的值。此外，Arg/ATT-Au NCs具有较大的3PA和4PA横截面和较强的MPE荧光，更适合于NIR激发下的生物成像。

示意图2：ATT-Au NCs和Arg/ATT-Au NCs的生长过程示意图。

图1：(a) ATT-Au NCs（黑线）和Arg/ATT-Au NCs（红线）的紫外−可见吸收（实线）和荧光(虚线，470 nm激发)光谱。将ATT-Au NCs的荧光强度放大10倍，以清晰地观察光谱特征。Arg/ATT-Au NCs的(b)TEM图像；插图显示HRTEM图像，显示单个团簇的晶格平面（左）和尺寸分布直方图（右）。(c)不同激发波长下Arg/ATT-Au NCs的荧光光谱。(d)ATT-Au NCs和Arg/ATT-Au NCs在470 nm激发下的荧光动力学。

图2：Arg/ATT-Au NCs在470 nm(a)、510 nm(b)和760 nm(c)和ATT-Au NCs的瞬时吸收光谱。

图3：荧光轨迹（左）和相应的直方图（右）。（a、b）玻璃罩上的ATT-Au NCs，（c、d）玻璃罩上的Arg/ATT-Au NCs，（e、f）细胞内的Arg/ATT-Au NCs。。

图4：不同激发功率的Arg/ATT-Au NCs在850 nm(a)、1400 nm(b)和1700 nm(c).下的荧光光谱阳光激发下的照片(d)、470 nm(e)、850 nm(f)、1400 nm(g)、1700 nm(h)（左：水，中：水溶液中ATT-Au NCs，右：水溶液中Arg/ATT-Au NCs）。

图5：Hela细胞与25μg mL⁻¹Arg/ATT-Au NCs孵育2.5小时的共聚焦激光扫描显微镜(CLSM)图像。

参考文献

Zhongran Wei, Yatao Pan, Guangjing Hou, Xia Ran, Zhen Chi, Yulu He, Yanmin Kuang, Xiaojuan Wang, Renming Liu, and Lijun Guo, Excellent Multiphoton Excitation Fluorescence with Large Multiphoton Absorption Cross Sections of Arginine-Modified Gold Nanoclusters for Bioimaging, ACS Appl. Mater. Interfaces, 2022, doi:10.1021/acsami.1c16324.