活体内过氧亚硝酸根高信噪比成像

过氧亚硝酸根是一种活性氧氮物质,与众多生理/病理过程息息相关。在生理条件下,过氧亚硝酸根只有极短的半衰期(约1秒),难以被准确测量,一度被认为是“隐形的”。而且,由于其具有很强的氧化性与亲核性,能迅速与脂质、蛋白质、DNA等生物大分子反应。此外,复杂的生物环境中往往存在较强的背景荧光,会严重干扰生物检测与成像的效果。因此,生物体内过氧亚硝酸根的精确测定极具挑战性。但其实现将有助于人类更好地认识一些生理和病理过程,并针对相关疾病发展更加安全有效的诊疗技术。

针对过氧亚硝酸根在生理条件下具有活性高、半衰期短的特点,且生物体内强背景荧光干扰会严重影响检测结果的难题,南京邮电大学赵强教授和黄维院士领导的研究团队基于前期在长寿命磷光材料方面的系列研究工作,近期报道了一种新型含磷光铱配合物的纳米探针,可用于活体内的过氧亚硝酸根高信噪比检测与成像。相关结果发表在Advanced Healthcare Materials(DOI: 10.1002/adhm.201800309)上。

在该工作中,研究者首先制备了分别对过氧亚硝酸根响应和惰性且具有不同发射波长的两种磷光铱配合物,其次将这两种配合物通过共价及非共价方式引入到介孔纳米硅球中,以此构建出具有双发射性质的磷光纳米探针。当探针与过氧亚硝酸根反应后,作为响应单元的配合物会生成酚羟基,由于其存在的光诱导电子转移效应导致发光变弱,而作为惰性单元的配合物发光则保持不变。除了具备快的响应速度、高的灵敏性、优异的选择性等优点,该探针还拥有良好的生物相容性。由于其兼具双发射与长寿命发光的特点一方面可以双通道收集信号,实现活细胞内对过氧亚硝酸根含量变化的比率法检测,进而有效避免单通道信号收集存在的功率不稳、焦点偏移、探针浓度不定等问题;另一方面,又可凭借时间分辨光学成像技术有效区分探针的长寿命磷光与短寿命的生物自发荧光干扰,进而实现了小鼠活体内对过氧亚硝酸根含量变化的高灵敏度、高信噪比的监控。这是首次利用时间分辨光学成像技术在活体内进行内源性过氧亚硝酸根的检测更重要的是,这种响应型的双发射磷光纳米探针的设计策略可广泛应用于生物体内其它物质的高信噪比检测与成像。

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