Small:亲水的超长有机纳米磷光体

由于长寿命的磷光能够消除瞬态背景荧光带来的影响,显著提高信噪比(signal-to-noise ratio,SNR),因此磷光材料在生物成像领域具有非常好的应用前景。迄今为止,大多数磷光材料都局限在无机金属配合物,它们往往具有苛刻的制备条件、生物毒性和水环境不稳定性。而无金属的有机磷光材料由于具有易改性、良好的生物相容性和广泛的可用性而成为当前的研究热点。但是,由于分子运动会引起强烈的非辐射跃迁,并且环境中的化学物质(如氧气和水)会导致猝灭,因此很难开发出不含金属的有机磷光体。如今,结晶被认为是一种抑制非辐射跃迁的有效方法,它可以为磷光分子提供刚性限制。因此,大多数超长有机磷光(Ultralong organic phosphorescence,UOP)材料为块状晶体,但这也导致了其不能良好地分散在生理环境中,极大地限制了UOP材料在生物应用中的发展。为了将UOP材料应用到纳米医学中,我们需要将它的尺寸缩小到纳米级别。

中空介孔二氧化硅纳米粒子(hollow mesoporous silica nanoparticle,HMSNP)被认为是理想的纳米载体或纳米反应器,因为它们的内部空腔可以为各种客体分子提供相当高的有效负载。此外,由于二氧化硅壳表面存在硅羟基(Si-OH),基于HMSNP的纳米载体可以很好地分散在水性环境中。同时,HMSNP还具有良好的生物相容性和稳定性。因此HMSNP可作为疏水性UOP材料的纳米容器,有望改善其在生理环境中分散性,并用于磷光生物成像。

最近,哈尔滨工业大学(深圳)马星课题组与南京工业大学黄维院士、安众福团队以HMSNP作为纳米容器,利用重结晶的原理,将UOP材料加载到HMSNP的中空内腔中,从而制备出亲水的超长有机纳米磷光体。在这项工作中,疏水的UOP材料可以通过相应的饱和溶液进入到HMSNP的空腔内,并在溶剂挥发后,原位析出形成纳米晶。由于纳米晶的尺寸大于介孔孔径,并且不溶于水,因此在水环境下纳米晶被限制在了HMSNP内部。而HMSNP(粒径约为408 nm)壳层则允许疏水性客体UOP材料在水环境下实现纳米级分散,避免了自聚集。这种纳米级亲水磷光体的制备方法具有普适性。通过将五种不同结构的UOP材料(BCz、CzDClT、DCzEO、MCzT和CPhCz)装载到HMSNP内,所获得的五种纳米级亲水磷光体在水溶液中仍具有强烈的磷光发射,以及与相应块状晶体相似的磷光寿命。此外,所制得的纳米级亲水磷光体具有良好的生物相容性,并且能够在裸鼠背部进行皮下磷光成像,信噪比高达31。值得注意的是,与以往的磷光检测不同,接收皮下磷光信号的设备为便携式的智能手机,这为开发快速便捷的磷光检测以用于即时检测或诊断提供了可能性。相关论文在线发表于Small (DOI: 10.1002/smll.201906733)上。