第一作者：Zongyan Quan
通訊作者：Lei Wang, Hongxiang Zhu, Hui He
通訊單位：廣西大學(xué)，廣西清潔制漿造紙與污染控制重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室
研究內(nèi)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(yù)是至關(guān)重要的。本研究以纖維素納米晶體(CNC)穩(wěn)定的金納米團(tuán)簇為載體，以金納米團(tuán)簇為穩(wěn)定劑，鄰苯二胺為ROS的抗干擾內(nèi)標(biāo)，構(gòu)建了一種基于纖維素納米晶體(CNC)穩(wěn)定的金納米團(tuán)簇的比率熒光探針用于hROS檢測。由生物相容性生物質(zhì)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(jié)構(gòu)，足以解決金納米團(tuán)簇容易聚集和不穩(wěn)定性的問題。利用變色龍?jiān)诃h(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(lán)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(yīng)用于活細(xì)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(jié)果表明CNC穩(wěn)定的金納米團(tuán)簇在生物系統(tǒng)中實(shí)際應(yīng)用的有效性。
要點(diǎn)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(jié)構(gòu)，足已解決金納米團(tuán)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(jìn)網(wǎng)絡(luò)的形成，防止聚集。
2） 金屬納米團(tuán)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(jié)合后會被氧化成帶熒光的物質(zhì)。
要點(diǎn)二：
雙發(fā)射比率熒光探針具有校準(zhǔn)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(yīng)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(yīng)。(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(yīng)。(c) o-PD對不同濃度ClO-的熒光響應(yīng)。(d) CNC@GNCs和o-PD在488 nm和580 nm處的熒光發(fā)射強(qiáng)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(yīng)。(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(yīng)(圖為響應(yīng)圖)。CNC@GNCs (d)、o-PD (e)和CNC@GNCs RFP (f)對各種物質(zhì)(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(yīng)。
圖5：CNC@GNCs和CNC@GNCs RFP對細(xì)胞的細(xì)胞毒性評估。生活/死細(xì)胞染色合并的共焦顯微鏡圖像CNC@GNCs HepG2細(xì)胞與不同濃度CNC@GNCs RFP (a, b)和L929細(xì)胞(c, d)。細(xì)胞的活性CNC@GNCs (e)和CNC@GNCs RFP (f)和L929細(xì)胞HepG2細(xì)胞(CNC@GNCs濃度:0,150,200,250μ摩爾/毫升;CNC@GNCs RFP濃度:1當(dāng)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(nèi)源性和外源性hROS的敏感性。使用CNC@GNCs RFP對HepG2細(xì)胞在不同條件下的熒光圖像進(jìn)行分析。(a) CNC@GNCs RFP處理的HepG2細(xì)胞。(b) HepG2細(xì)胞經(jīng)CNC@GNCs RFP處理后，加入ClO-.。(c)用ClO-和NAC處理HepG2細(xì)胞，然后用CNC@GNCs RFP孵育。(d) HepG2細(xì)胞用LPS和PMA處理，然后用CNC@GNCs RFP孵育。(e) HepG2細(xì)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(nèi)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(nèi)hROS。(b)經(jīng)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(lián)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(xiàn)
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.
