荧光成像在疾病诊断和生命过程可视化等方面具有广阔的应用前景。荧光探针是荧光成像的核心。目前，具有电子给体-π-受体（D-π-A）结构的荧光分子，由于其分子内电荷转移效应，具有吸收/发射红、可双光子激发等特点，可排除生物成像中生物自发光的干扰和降低生物组织/介质对光的散射和吸收，因此具有独特的应用优势。然而，这些荧光分子需要通过合成来制备，因此面临复杂的结构设计和分子合成及高昂的成本。

近日，暨南大学的陈明副教授和港中深唐本忠院士、浙江大学钱骏教授合作，基于吡嗪类AIE电子受体分子和苯胺类电子给体分子，利用二者之间的空间电荷转移效应和“扭曲-扭曲”相互作用，设计了具有双光子激发性质的深红光复合物纳米探针，从而用于小鼠脑血管系统的多功能、高分辨率深度成像。

本文研究发现电子给受体分子的静电吸引可实现复合，而空间电荷转移发生在给体分子的最高占有轨道和受体分子的最低未占有轨道之间，可显著降低能隙，实现红光发射。此外，“扭曲-扭曲”相互作用有助于：（1）减弱分子间π-π堆积效应导致的荧光猝灭；（2）抑制激子分离和扩散等与发光相竞争的过程；（3）促进分子间氢键的形成，抑制分子激发态运动，促进发光。

此外，基于“扭曲-扭曲”相互作用，分子间不需要通过有序的堆积来实现功能，从而给便捷设计空间电荷转移复合物材料提供了更多机遇。我们基于F127通过薄膜水化法制备了发光性质好、稳定及低毒性的深红光纳米探针，结合其罕见的双光子激发性质，实现了小鼠脑血管系统0-400 μm深度的多功能、高分辨率荧光成像。本工作不仅提出了一种便捷设计活体荧光探针的新理念，而且拓展了空间电荷转移复合物在生物成像领域的应用。