第一作者：Zongyan Quan
通訊作者：Lei Wang, Hongxiang Zhu, Hui He
通訊單位：廣西大學，廣西清潔制漿造紙與污染控制重點實驗室
研究內容：
高活性氧(hROS)的檢測對于了解疾病的病因和優(yōu)化治療干預是至關重要的。本研究以纖維素納米晶體(CNC)穩(wěn)定的金納米團簇為載體，以金納米團簇為穩(wěn)定劑，鄰苯二胺為ROS的抗干擾內標，構建了一種基于纖維素納米晶體(CNC)穩(wěn)定的金納米團簇的比率熒光探針用于hROS檢測。由生物相容性生物質制備的納米碳納米管具有較高的羧基密度和針狀和棒狀結構，足以解決金納米團簇容易聚集和不穩(wěn)定性的問題。利用變色龍在環(huán)境刺激下改變顏色，制備的比率熒光探針具有良好的穩(wěn)定性、高靈敏度和選擇性，并能長期存儲。有趣的是，在hROS的存在下，該探針的熒光由藍色變?yōu)辄S色，對ClO、ONOO和OH的檢出限分別為0.97、0.87和0.79 μmol/L。隨后應用于活細胞和斑馬魚中hROS的直接熒光成像顯示了令人滿意的靈敏度。這些結果表明CNC穩(wěn)定的金納米團簇在生物系統(tǒng)中實際應用的有效性。
要點一：
比率探針各成分的作用：
1） 纖維素納米晶體：
a. 具有較高的羧酸密度和棒狀結構，足已解決金納米團簇容易聚集和不穩(wěn)定的問題。
b. 體積小，能夠在水中形成納米級整體，從而形成顆粒間氫鍵，促進網絡的形成，防止聚集。
2） 金屬納米團簇作為探針本身的熒光來源，且在此過程中穩(wěn)定性得到的足夠的保證。
3） 鄰苯二胺：其本身是沒有熒光的，在與ROS結合后會被氧化成帶熒光的物質。
要點二：
雙發(fā)射比率熒光探針具有校準功能，可以避免外部環(huán)境的干擾，同時保持搞得靈敏度和選擇性。
圖1： CNC@GNCs RFP的制備和應用。
圖2：CNC的特性描述和CNC@GNCs。(a) CNC的C1s譜解卷積峰。(b) CNC的形態(tài)和(c)尺寸分布。(d) CNC@GNCs上GNCs的分布，(e)形態(tài)，(f)和粒度分布。(g) CNC@GNCs的Au 4f和(h) O 1s XPS光譜。(h)金納米粒子和CNC@GNCs的熒光光譜。(i) CNC@GNCs(插圖)的熒光穩(wěn)定性。
圖3: CNC@GNCs和o-PD的熒光反應。(a) CNC@GNCs和o-PD的激發(fā)和發(fā)射光譜。(b) CNC@GNCs對不同濃度ClO-的熒光反應。(c) o-PD對不同濃度ClO-的熒光響應。(d) CNC@GNCs和o-PD在488 nm和580 nm處的熒光發(fā)射強度隨ClO-濃度的變化。
圖4：CNC@GNCs RFP對hROS體外選擇性的研究。(a) CNC@GNCs RFP對不同濃度hROS (ClO-)的熒光響應。(b)不同濃度ClO-.檢測時CNC@GNCs RFP在580 nm和488 nm處的熒光峰比。(c) CNC@GNCs RFP對hROS和干擾物的熒光響應(圖為響應圖)。CNC@GNCs (d)、o-PD (e)和CNC@GNCs RFP (f)對各種物質(空白、Na+、Ca2+、Zn2+、Fe3+、NO3-、Cys、Asp、Trp、Gln、Glu、Gly、His、GSH、BSA、H2O2、O2、ClO-.、ONOO、OH.)的熒光響應。
圖5：CNC@GNCs和CNC@GNCs RFP對細胞的細胞毒性評估。生活/死細胞染色合并的共焦顯微鏡圖像CNC@GNCs HepG2細胞與不同濃度CNC@GNCs RFP (a, b)和L929細胞(c, d)。細胞的活性CNC@GNCs (e)和CNC@GNCs RFP (f)和L929細胞HepG2細胞(CNC@GNCs濃度:0,150,200,250μ摩爾/毫升;CNC@GNCs RFP濃度:1當量= 100 μmol/mL CNC@GNCs和0.5 mmol/L o-PD)。(g) CNC@GNCs RFP的急性全身毒性。
圖6：CNC@GNCs RFP對內源性和外源性hROS的敏感性。使用CNC@GNCs RFP對HepG2細胞在不同條件下的熒光圖像進行分析。(a) CNC@GNCs RFP處理的HepG2細胞。(b) HepG2細胞經CNC@GNCs RFP處理后，加入ClO-.。(c)用ClO-和NAC處理HepG2細胞，然后用CNC@GNCs RFP孵育。(d) HepG2細胞用LPS和PMA處理，然后用CNC@GNCs RFP孵育。(e) HepG2細胞用LPS和PMA處理，然后用DMSO和尿酸處理，然后用CNC@GNCs RFP孵育。比例尺:50 μm。
圖7：CNC@GNCs RFP在體內對hROS的選擇性。不同條件下培養(yǎng)的斑馬魚的熒光圖像。(a) CNC@GNCs RFP模擬檢測斑馬魚體內hROS。(b)經CNC@GNCs RFP處理的斑馬魚。(c)用CNC@GNCs RFP和ClO-處理的斑馬魚。(d) CNC@GNCs RFP聯合LPS和PMA處理斑馬魚。激發(fā)= 405 nm。比例尺:500 μm。
圖8：檢測hROS的CNC@GNCs RFP示意圖。
參考文獻
Quan, Z.; Xue, F.; Li, H.; Chen, Z.; Wang, L.; Zhu, H.; Pang, C.; He, H., A bioinspired ratiometric fluorescence probe based on cellulose nanocrystal-stabilized gold nanoclusters for live-cell and zebrafish imaging of highly reactive oxygen species. Chemical Engineering Journal 2022, 431.
