膨胀显微成像技术是一种利用溶胀作用物理放大可膨胀水凝胶包埋的生物样本进而提升分辨率的成像方法。该技术从生物样本包埋和溶胀扩大着手，绕过了光学衍射极限，允许在常规光学显微镜下实现超分辨成像，因此在生物医学领域具有重要的应用价值。这一技术于2015年由Boyden等首次提出，近年来发展迅速。当前用于膨胀显微镜的聚合物水凝胶大多数是由丙烯酰胺、丙烯酸钠类单体与N,N′-亚甲基双丙烯酰胺等共价交联剂共聚所得，其制备过程和组成相对复杂。倘若能够使用均聚物实现组织的包埋和膨胀，即可更方便、高效地进行膨胀显微成像的研究与应用。

近日，华中科技大学武汉光电国家研究中心朱明强教授-李冲副教授课题组与骆清铭教授课题组合作，设计并合成出了具有双酰胺结构的小分子单体N-(2-乙酰氨基乙基)丙烯酰胺(AAE)，在40℃下均聚得到聚[N-(2-乙酰氨基乙基)丙烯酰胺](PAAE)，形成均聚物超分子水凝胶。该水凝胶网络结构中存在多种不同强度的氢键交联点，赋予了其高强度、可逆拉伸/压缩、自愈合与强粘附性等优良性质。

图1.(a)PAAE水凝胶力学与溶胀性质示意图；(b) PAAE的分子结构、PAAE包埋鼠脑切片的膨胀过程、膨胀前后荧光图像对比。

由于PAAE水凝胶网络结构中强的氢键交联域在水中可保持稳定不被解离，弱的氢键簇则能发生解离，因此，PAAE均聚物水凝胶可在水中稳定溶胀，其平衡溶胀比可达1000% (按质量计算)。基于PAAE水凝胶良好的生物相容性、高的光学透明性，我们成功利用其实现了鼠脑切片的包埋与均匀膨胀，并保持了组织的完整性。相比脑片膨胀前的荧光图像，同一脑片膨胀后的荧光图像由更多像素点构成，因此图像更加精细。在膨胀前的图像中无法区分的两根轴突，膨胀后可清晰区分，分辨率也提升至膨胀前的1.7倍。因此，PAAE水凝胶在膨胀显微成像技术中展现出良好的应用前景。

这项工作的主要创新点在于设计并制备了一种具有多重氢键的PAAE均聚物超分子水凝胶，既简化了膨胀显微技术组织包埋材料的组分，又获得了良好的力学和光学性能。该工作为组织（尤其是大样本组织）包埋和膨胀显微成像所用水凝胶材料的设计提供了一种新的思路。

以上相关成果发表在Materials Chemistry Frontiers上，被遴选为正封面 （图 2）和该期刊热点论文，项目得到国家自然科学基金、973计划等项目的共同资助。论文作者为赵鹏举、李冲(通讯作者)、王业龙、范成、李向宁、龚辉、骆清铭（通讯作者）、朱明强(通讯作者)。

论文题目：Poly[N-(2-acetamidoethyl)acrylamide] supramolecular hydrogels with multiple H-bond crosslinking enable mouse brain embedding and expansion microscopy

全文链接：https://doi.org/10.1039/D0QM00733A

图 2 入选Materials Chemistry Frontiers当期封面