具有优异的水分散性、pH稳定性、高亮度的有机染料纳米颗粒用于生物荧光成像

有机荧光分子是最常用的一种荧光标记材料。但是除了少数属于水溶性外,大部分有机荧光分子是疏水性且在生物环境中稳定性差,所以往往需要负载在各种纳米载体中(如硅纳米材料、脂质体、树状大分子、高分子胶束等)来实现生物荧光成像。然而,由于载体系统中载体所占比重较大造成染料装载率较低(一般小于10%),使探针的亮度受到极大限制。此外,载体本身除了起到输送作用以外,对成像没有其他贡献,而载体的引入容易给生物体带来一定的负担和毒副作用等问题。

基于以上问题,苏州大学功能纳米与软物质研究院张秀娟教授及其团队,创新性地提出将荧光分子直接制备成纳米颗粒作为主体,进一步通过掺杂客体染料的方法实现能量转移,制备出波长可调的基于染料纳米颗粒的多色荧光探针

该荧光探针兼具高亮度、高信噪比、高稳定性以及低毒性与无闪烁现象等优点。该团队首先制备主体TBADN染料纳米颗粒,然后将客体染料分子(C545T和DCJTB)掺杂到主体纳米颗粒中形成荧光探针,其中主体不仅起到负载客体染料分子的作用,而且通过从主体到客体掺杂染料分子的有效的能量转移,可以使客体染料吸收放大(十倍以上),同时又可以保持客体掺杂染料较高的量子产率。其中所得绿色荧光探针量子产率可以达到45%以及12.5倍的荧光发射增益,红色荧光探针量子产量达到14%以及10倍的增益。以此同时,较大斯托克斯位移是该掺杂荧光探针的另一优点,大大提高了探针的信噪比,降低了光学干扰。通过对掺杂染料纳米颗粒进行表面修饰,双亲性表面活性剂C18PMH-PEG(C18PMH-PEG-FA)赋予纳米颗粒优异的水相分散性和不同生物环境下的颗粒尺寸与荧光强度的长时间稳定性。细胞活性测试发现85%以上的细胞保持很好的生物活性,表明该荧光探针的细胞毒性较低。C18PMH-PEG-FA修饰后的纳米颗粒易通过叶酸分子进行靶向细胞成像,展现了KB细胞的主动靶向选择性。在活体成像实验中,掺杂纳米颗粒通过EPR效应在肿瘤部位有明显的富集,达到优异的活体成像效果。此外,染料纳米颗粒直接作荧光探针还具有天然的低毒、生物可降解、无闪烁现象等优点。因此该类型荧光探针有希望成为新一代的荧光探针。