高效红光AIE纳米材料对活体癌细胞增殖与转移的荧光示踪

红色荧光材料具有抗生物背景荧光干扰、对细胞伤害小、穿透能力强等优点,在生物荧光成像中有极大的应用需求。但是,很多红色荧光材料都存在着较强的分子间π−π堆积作用或偶极−偶极相互作用,严重地猝灭了它们在聚集态的荧光,降低了荧光量子产率,影响了实际应用性能。聚集诱导发光(AIE)材料能够有效抑制聚集导致的荧光猝灭,在光电器件和生物成像等前沿领域表现出巨大的优势。研究表明,在分子中引入AIE基元能够有效地提高材料的固态荧光量子产率,是构筑高效固态发光材料的一个有效途径。这些材料是制备荧光纳米材料的理想选择,在特异性荧光成像,双光子荧光成像,长效荧光示踪等方面表现优异。

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近期,华南理工大学唐本忠院士团队的赵祖金教授,与新加坡国立大学的刘斌教授合作,利用AIE基元四苯基乙烯(TPE)开发出了高效聚集态红光材料,以此制备了功能性的红色荧光纳米颗粒,并利用荧光成像手段,实现了对斑马鱼和小鼠的癌细胞增殖和转移过程的示踪。研究发现,在分子中引入TPE 以及位阻较大的叔丁基可以实现分子的高效红光发射。将这类红光材料包裹在生物相容的聚合物基质中(DSPE-mPEG),可以制成结构均一、稳定的红色荧光纳米颗粒。该类纳米颗粒的发光波长在660 nm,荧光量子产率为32%。通过改变聚合物链上的封端基团得到了带有不同表面电荷和不同电量的功能性红色荧光纳米颗粒,分别通过胚胎浸泡吸收和静脉注射方式,研究了它们在斑马鱼模型中的生物毒性和体内循环与分布。研究表明,来自NH2-TAT基团的表面正电荷能够降低纳米颗粒的生物毒性,提高细胞穿透性。通过将染有NH2-TAT纳米颗粒的HeLa和MCF-7细胞异种移植到斑马鱼幼体中,成功实现了对癌细胞增殖与转移的长期动态追踪。同时,还阐明了纳米材料在经过4T1 肿瘤异种移植后的 BALB/c小鼠体内的循环、积累和代谢过程。以上研究对于探索生物体内癌细胞活动和诊疗手段具有重要意义,并且再次表明了AIE材料在生物荧光成像与检测等方面的巨大应用潜力。相关研究成果发表在Advanced Functional Materials(DOI: 10.1002/adfm.201701418)上。

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