IAM团队黄维院士、范曲立教授在《先进功能材料》发表生物可擦除的分子间供-受体相互作用用于可激活NIR-II荧光成像的新进展

发布者:材料科学与工程学院、信息科学与纳米技术研究院 发布时间:2019-02-11浏览次数:310

    光学荧光成像由于具有价格低廉、操作简便、无创、实时成像能力已成为生物医学研究的一个重要工具。相较于传统的近红外第一窗口荧光(NIR-I, 700-1000 nm)成像,近红外二区的荧光成像(NIR-II, 1000-1700 nm)由于有效的减少了组织对光的闪射和吸收以及组织的自发荧光,获得了更深的组织渗透深度和更高的时空分辨率成像能力。因此,NIR-II荧光成像已经成为目前荧光成像研究的热点。目前开发的NIR-II荧光探针大多都是非激活探针,这种探针无论是否到达靶点组织都会发出NIR-II荧光。因此,非激活探针的低信号-背景比降低了对疾病检测的特异性和灵敏度。相比之下,在正常组织保持中NIR-II荧光信号沉默,在靶点组织受生物标志物刺激才释放NIR-II荧光的可激活NIR-II荧光探针有效的解决了非激活NIR-II荧光探针存在的问题。然而由于缺乏简单而通用的可激活NIR-II荧光探针设计策略,目前可激活NIR-II荧光探针的发展还处在初级阶段。

    南京邮电大学IAM团队黄维院士、范曲立教授研究团队提出了一种简单、通用且有效的设计可激活NIR-II荧光探针策略,即利用生物可擦除的分子间供体-受体(D-A)相互作用实现靶向特异性可激活的NIR-II荧光探针。该研究成果以题为“Bio‐Erasable Intermolecular Donor–AcceptorInteraction of Organic Semiconducting Nanoprobes for Activatable NIR‐IIFluorescence Imaging”发表在国际期刊Advanced Functional Materials上。这是黄维院士、范曲立教授研究团队继Advanced Materials2018, 30, 1801140;Chemical Science2018, 9, 3105;Chemical Communications. 2019,55, 27后在NIR-II荧光成像领域取得的又一研究成果。

图1:探针的组成及原理图。

    如图1,在此项研究中,团队研究人员采用选择生物标志物-惰性的NIR-II荧光半导体聚合物PDF作为电子供体(D),同时选择生物标志物敏感的有机小分子(ITTC)作为电子受体(A)。利用两亲聚合物PEF-B-PPG-B-PEG包封PDF和ITTC以形成纳米探针(SPNP25)。在非靶点组织,狭窄的纳米粒子内PDF的NIR-II荧光通过分子间D-A相互作用淬灭,实现在非靶组织的荧光沉默。SPNP25到达靶点组织,该团队人员发现,生物标志物次氯酸钠特异性的降解ITTC,有效的擦除了其受电子能力,有效的破除了D-A相互作用(图2)。从而使PDF的NIR-II荧光恢复。

图2:纳米探针体外光学响应性能。

(a)加入不同浓度次氯酸钠后纳米探针的NIR-II荧光强度变化。(b)SPNP25探针的NIR-II荧光强度变化与次氯酸钠浓度的线性关系。(c)SPNP25探针的选择性。

    使用这种策略,在这项工作中,我们方便地开发次氯酸盐(一种重要的生物标志物)可激活的NIR-II荧光探针,实现了炎症中次氯酸的特异性成像(图3)。

图3:活体次氯酸钠的可视化。

    采用D-A相互作用淬灭供体荧光的策略要求供体/受体紧密接触,在一个纳米探针中具有最佳比例并且供受体的分子能级理想匹配。目前大多通过共价锚定供体/受体以实现其紧密接触而实现供体荧光淬灭。相比于这种分子内的D-A相互作用,该团队创造性的使用直接共混供体/受体策略有效地实现了分子间D-A相互作用。明显简化了探针设计/合成/纯化并且更容易获得供体/受体的最佳比例。此外,这种分子间D-A作用可以将各种刺激敏感基团引入受体内,通过在靶点组织有效的降解电子受体来擦除受体性质,从而减弱靶点中的分子间D-A相互作用实现荧光激活。针对可激活NIR-II荧光探针的设计,这是第一次提供一种简单而通用的设计策略来设计各种刺激可激活的NIR-II荧光探针。

参考文献:

Bio‐ErasableIntermolecular Donor–Acceptor Interaction of Organic Semiconducting Nanoprobesfor Activatable NIR‐II Fluorescence Imaging. Advanced Functional Materials.DOI: 10.1002/adfm.201807376

全文链接:

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/adfm.201807376

文章来源:

高分子科学前沿 https://mp.weixin.qq.com/s/lM40b2P7JlHk_dgTBYMJPw