Advanced Science:氧化应激指示剂 ——基于近红外化学发光碳纳米点的生物体活性氧成像

活性氧(reactive oxygen species,ROS)是生物体内生命活动正常代谢的一种重要产物,是反映生物体氧化应激水平重要指示剂。对于存在有氧呼吸的生命体而言,活性氧的一个重要来源是线粒体内存在的氧化作用,其中活性氧族如超氧阴离子自由基(O2-·)、过氧化氢(H2O2)、羟自由基(OH·)和单线态氧都是有氧代谢的一种重要副产物。在正常的生命活动中,多数细胞中的线粒体会消耗超过90%的氧,在这些氧中,有接近2%的氧在线粒体内膜和基质中被转变成为氧自由基。 作为正常生命活动的代谢产物,生物体内的活性氧参与了生命体中的一部分活动,因而,检测生物体内活性氧的含量对监测生命活动的正常和潜在疾病的存在具有极其重要的意义。

化学发光作为一种不需要外界激发光源的一种发光模式,其用于生物成像与检测过程中,排除了背景光的干扰,极大的提高了发光成像的灵敏度。作为一种对过氧化氢高度选择性,高度灵敏性的化学发光体系,双草酸酯-过氧化氢化学发光已经被用于生物体内过氧化氢的成像与检测应用。作为一种间接化学发光体系,双草酸酯-过氧化氢体系的发光效率直接依赖于其发光过程中的发光探针,然而,目前常用于该化学发光体系的材料,如荧光小分子染料,贵金属纳米粒子等,其潜在的生物毒性、低的化学发光效率、难以调节的发光波长等问题限制了其实际应用。

由于高的发光效率、可调发光波长、高的发光稳定性以及优异的生物相容性等优点,荧光碳纳米点被广泛的应用于各种生物成像与生物检测中,然而,目前荧光的生物成像方式集中于光致发光现象(荧光、双光子荧光、磷光、热激活延迟磷光)。开发碳纳米点新的发光方式进而开辟碳纳米点新的应用领域对碳纳米点的研究具有极大意义。

郑州大学物理与微电子学院单崇新课题组在调节反应溶剂合成高亮多色化学发光碳纳米点的基础上(Advanced Science DOI: 10.1002/advs.201802331),通过进一步缩合碳化制备了具有近红外化学发光性能的碳纳米点,这些碳纳米点在双草酸酯与过氧化氢混合溶液中表现出高亮度长寿命的化学发光性能。研究团队进一步通过两亲性三嵌段共聚物的交联作用,将该碳纳米点与双草酸酯进行纳米聚合制备出一体化纳米粒子。利用该纳米粒子,该团队在小鼠体内实现了活性氧的高灵敏的生物成像与检测,并将其进一步应用在模型小鼠腹腔炎症监测。这种利用碳纳米点化学发光进行生物成像的技术有望开发新型氧化应激指示剂,并进一步扩展碳纳米点在生物医学应用。相关论文在线发表在Advanced Science(DOI:10.1002/advs.201903525)上。