荧光纳米团簇:活细胞的观察

德国和美国的科学家们发明了一种新的、容易制备的荧光纳米团簇,它可以帮助我们获取与活细胞的行为和微环境相关的重要信息。

对于活细胞行为的研究可以帮助我们了解自身的细胞是如何应对环境的改变或者某些入侵,并发现更好的控制和遏制有害微生物的办法。要展示细胞和它们的行为过程,通常需要一些标记物;其中有许多是通过荧光信号,利用外置的显微镜进行示踪。这些标记物的生产技术往往比较复杂,而且其稳定性和生物相容性是最需要考虑的问题。纳米技术领域的最新进展带来了一类新型荧光标记物:荧光金属纳米团簇(fluorescent metal nanoclusters)。这些金属团簇的尺寸非常小,但是具有很强的荧光和独特的电学性能。位于团簇表面的不同配基(ligand)会严重影响团簇的稳定性。

最近,来自德国卡尔斯鲁厄技术研究所(Karlsruhe Institute of Technology, Germany)和美国伊利诺伊大学(University of Illinois,USA)的研究人员,在Ulrich Nienhaus 教授的指导下,开发出一种使用二氢硫辛酸(dihydrolipoic acid,DHLA)配基稳定的水溶性荧光金纳米团簇。DHLA 通过两个位点(双巯基)连接到金团簇上,有助于提高团簇的稳定性。这些金团簇非常稳定,可以激发产生很强的近红外荧光,同时具有尺寸小,生物相容性好的优点,这些使得它们可以作为一种新型的荧光探针应用于生物学研究。这些团簇的荧光寿命大约是细胞背景荧光的两倍,使用荧光寿命成像(fluorescence lifetime imaging,FLIM)技术可以很容易的观察到细胞的内部和周围的状态。

为了展示这些团簇的优良特性,研究人员进一步使用FLIM技术来观察Hela细胞吞噬金纳米团簇的过程。这个技术不仅展示了金纳米团簇被细胞摄取(uptake)的过程,同时也提供了金纳米团簇通过细胞膜的时候周边微环境的相关信息。在细胞膜附近的金纳米团簇比那些比细胞吞噬的纳米团簇具有更长的荧光寿命。

科学家们预期,这些荧光的金纳米团簇将在生物医学研究中找到广泛的应用,包括细胞内给药,超敏的分子诊断和图像引导的治疗。

L. Shang et al., Small 2011; DOI: 10.1002/smll.201100746