实现生物细胞内超快速成像和长期成像的红光AIE纳米粒子学术资讯

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原标题:【分析】Anal. Chem.：实现生物细胞内超快速成像和长期成像的红光AIE纳米粒子

非侵入性生物细胞内快速成像和长期生物成像技术能够监测细胞内的生物结构和生命过程，已成为临床诊断和生物研究中不可缺少的强有力工具。其中具有红光或近红外的激发和发射的荧光材料作为探针分子可以减少背景自发荧光的干扰，避免由紫外光激发引起的光损伤，并且能够更深地穿透组织。具有聚集诱导发光（AIE）性质的材料因其在聚集态具有较好的发光性能而非常适合应用于生物细胞成像中。然而，如何结合上述两种材料的优点，设计并构筑具有长波长吸收和红色或近红外发射的AIE材料应用于生物细胞内快速成像和长期成像仍然面临巨大挑战。

图1：化合物TPA-BDP, Cz-BDP, TPACz-BDP 和 3TPA-BDP的化学结构及纳米粒子制备示意图

近日，东北师范大学化学学院朱东霞教授和苏忠民教授团队巧妙地将给电子基团三苯胺或咔唑与具有良好发光性能和优异稳定性的吸电子基团硼-二吡咯亚甲基（BODIPY）衍生物结合在一起，成功实现了对于BDOIPY衍生物的光谱调节，合成了一系列基于BDOIPY衍生物的具有长波长吸收和红光发射的AIE材料。同时通过聚合物封装的方法制备了具有良好水分散性、高亮度、高稳定性和低细胞毒性的纳米粒子实现细胞内超快速成像和生物体内体外的长期成像。

图2：3TPA-BDP NPs 培育在 HeLa 细胞中不同时间的共聚焦显微镜图像及内吞路径研究，比例尺为 20 µm

通过测试发现基于以上化合物所制备的纳米粒子具有适宜的纳米粒径和良好的光稳定性和胶体稳定性。有趣的是，这一系列纳米粒子均实现了细胞内秒级的超快速成像特征，加入细胞培养皿中约五秒钟就可以观察到细胞质处的红色荧光。通过对其内吞路径研究，发现其主要是通过小窝蛋白介导的胞吞过程进入到细胞中。随着培养时间的延长，纳米粒子在细胞内的荧光也显著增强，表明纳米粒子能够被持续的摄取和累积，非常适合于细胞成像研究。

图3：3TPA-BDP NPs在细胞中培育不同天数的长期细胞追踪共聚焦图像，比例尺为 20 µm

此外，发现该系列纳米粒子在细胞内的红色荧光可以保持十五天以上，在生物小鼠体内肿瘤处的荧光也可以维持十四天以上，表明它们可以作为荧光生物探针应用于生物体内体外长期成像的应用研究。基于以上结果，表明这三种具有优异稳定性和长期追踪能力的纳米粒子在实时和实际生物学应用中具有巨大潜力，同时对于设计制备超快速成像和长期成像的荧光探针分子具有重要的指导意义。

图4：瘤内注射 3TPA-BDP NPs 的荷瘤小鼠体内荧光从第0天到14天变化图

以上相关成果近期发表在Analytical Chemistry上，第一作者为东北师范大学博士研究生车伟龙。东北师范大学化学学院朱东霞教授，中国科学院长春应用化学研究所谢志刚研究员、东北师范大学苏忠民教授和香港科技大学唐本忠教授为共同通讯作者。该研究受到国家自然科学基金、吉林省自然科学基金等项目的资助。

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