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生物檢測和臨床診斷的需求極大地推動了在亞細胞-、細胞及組織水平上的成像技術的發(fā)展。而作為一種能夠對生物分子及生物學過程進行實時原位監(jiān)測的成像技術，熒光成像技術因其極高靈敏度的特點在相關領域有著不可替代的地位。但是對于組織及活體成像，常規(guī)的有機熒光染料面臨著組織穿透深度不夠、不耐光漂白以及信噪比低等問題，因此其應用僅僅局限于對細胞及動物表皮區(qū)域進行成像。盡管無機納米顆粒如量子點或上轉化材料相比于有機熒光染料在熒光量子產率及光穩(wěn)定性等方面具備顯著優(yōu)勢，但是他們所含的重金屬元素具有潛在的毒性。為了進一步將高靈敏度的熒光成像模式應用于活體成像等更廣泛的領域，有必要引入具有高信噪比、空間分辨率和穿透深度的成像模式。例如基于貴金屬表面等離子共振效應的暗場成像（dark-field imaging, DFM）在信噪比方面表現出獨特的優(yōu)勢，其能夠有效地避免納米粒子單顆粒成像中來自于整體平均效應的干擾。更重要的是，基于貴金屬的CT成像（computed-tomography）能夠提供高的空間分辨率、三維斷層掃描信號和足夠的組織穿透深度。將熒光材料和貴金屬納米顆粒結合，將會獲得集靈敏度、時空分辨率和穿透深度于一體的多模式成像工具。因此，將有機熒光染料與無機納米材料結合不僅能同時具備兩者的優(yōu)點，更可以根據他們不同的特性進行多模態(tài)成像。
圖1 銀-AIE核殼納米顆粒（AACSN）的制備示意圖 （圖片來源：J. Am. Chem. Soc., 2018, DOI: 10.1021/jacs.8b02350 ） 近日，香港科技大學化學系的唐本忠院士團隊制備了一種新型的銀-AIE核殼納米顆粒（AACSNs，圖1）并將其用于多模態(tài)的生物成像。傳統(tǒng)的有機熒光團與貴金屬直接結合后，其熒光信號會由于熒光共振能量傳遞（FRET）或者電子轉移（ET）等作用而出現嚴重損失，但唐院士團隊發(fā)現在堿性條件下作用，具有氧化還原活性的AIE分子能夠將銀離子還原成銀納米粒，所獲得的銀納米粒同時能夠誘導AIE分子在其表面進行自組裝，最終形成無機貴金屬核-有機AIE殼構成的核殼型納米結構。新的納米顆粒不僅保留了AIE分子的聚集誘導發(fā)光效應，同時還具有貴金屬的等離子體散射特性，并且這種核殼納米?？梢杂米鳠晒狻祱觯―FM）及計算機斷層掃描（CT）成像。該成果以“Redox-Active AIEgen-Derived Plasmonic and Fluorescent Core@Shell Nanoparticles for Multimodality Bioimaging”為題發(fā)表于《美國化學會志》（DOI: 10.1021/jacs.8b02350）。
圖2 a）TPE-M2OH的合成路線；b）AACSNs形成前后的光譜性質；c）AACSNs的XRD及TEM圖 （圖片來源：J. Am. Chem. Soc., 2018, DOI: 10.1021/jacs.8b02350 ） 作者首先以4,4-二甲氧基二苯甲酮和4-溴二苯甲酮為原料合成了帶有甲氧基的AIE分子前體（圖2a, 3），通過三溴化硼脫除甲氧基上的甲基后得到了含有酚羥基的AIE分子（圖2a, TPE-M2OH）。之后，將TPE-M2OH與銀離子在堿性溶液中（pH=10.5）混合，溶液的顏色快速變深（圖2b）。通過光譜測試可以發(fā)現，變色后的溶液在485 nm處出現了較強的紫外吸收（圖2b），這表明溶液中有銀納米顆粒形成。此外，變色后的溶液還在650 nm處出現了明顯的熒光發(fā)射（圖2b），這說明溶液中TPE-M2OH發(fā)生了聚集。為了證明溶液中確實含有銀納米顆粒，作者對所得到材料進行了XRD表征（圖2c），結果發(fā)現所制備的材料中確實含有銀微晶，而高分辨透射電鏡（HR-TEM）進一步證明了這一點（圖2c）。此外，HR-TEM的結果還表明核殼結構中銀納米顆粒核心的尺寸約為45 nm，而AIE殼的厚度約為20 nm。進一步通過調控反應的投料比、反應時間和溫度，可以實現對殼層厚度從16 nm 到30 nm的精確調控。
圖3 AACSNs材料的熒光和DFM雙模態(tài)成像（左，中）及熒光和CT雙模態(tài)成像（右） （圖片來源：J. Am. Chem. Soc., 2018, DOI: 10.1021/jacs.8b02350 ） 在了解了這種結構的基本的結構和性質后，作者對其成像功能進行了研究。由于貴金屬納米顆粒具有表面等離子體共振特性，作者猜測這種材料可以用于熒光和DFM雙模態(tài)成像。結果發(fā)現，不僅DFM圖像中的青色亮點可以和熒光圖像中的紅色亮點完美重合，他們還都可以與電鏡圖中的微點一一對應（圖3左）。之后，作者研究了AACSNs的膠體穩(wěn)定性及毒性以備后續(xù)的生物成像應用，結果發(fā)現AACSNs不僅具有較好的穩(wěn)定性，而且由于銀納米顆粒被TPE-M2OH很好地分散，其生物相容性得到了較大的提升。接著，作者嘗試了細胞中AACSNs的雙模態(tài)成像，發(fā)現其在熒光成像及DFM成像上都有很好的效果。最后，作者對AACSNs進行了熒光及CT的動物成像，結果發(fā)現AACSNs在20 mg/mL時對CT信號的增強效果與商品化的試劑相當，并且老鼠的腫瘤部位出現清晰的熒光及CT信號。 全部作者：Xuewen He, Zheng Zhao, Ling-Hong Xiong, Peng Fei Gao, Chen Peng, Rong Sheng Li, Yu Xiong, Zhi Li, Herman H.-Y. Sung, Ian D. Williams, Ryan T. K. Kwok, Jacky W. Y. Lam, Cheng Zhi Huang, Nan Ma, and Ben Zhong Tang 通訊作者：
唐本忠院士 原文來自http://www./news/art?id=20800看更多新鮮有趣資訊，搜ChemBeanGo！ |
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