利用具有比率雙NIR-IIb發(fā)射的染料探針進(jìn)行體內(nèi)精準(zhǔn)檢測

本文要點(diǎn)：作者開發(fā)了一套新型雙 NIR-IIb 比率熒光探針，能夠在 1525 nm 發(fā)射兩個波長相同的熒光信號，以808 nm 激發(fā)熒光為傳感信號，980 nm 激發(fā)熒光為自校準(zhǔn)信號，通過測量NIR-II 熒光比率信號(F808ex/ F980ex)獲得了準(zhǔn)確可靠的檢測結(jié)果。在關(guān)節(jié)炎小鼠中給予探針后，根據(jù)比值信號對炎癥部位的 ClO-效應(yīng)產(chǎn)生反應(yīng)，區(qū)分炎癥病變與周圍的正常組織。此外，通過體內(nèi)圖像和體外檢測曲線，可以準(zhǔn)確計算病變中的表達(dá) ClO-量�？紤]到雙 NIR-IIb 比率熒光信號不受探針濃度和位置等各種干擾的影響，有望為生物醫(yī)學(xué)研究和病理診斷提供一個無創(chuàng)、定量和可視化的平臺。
 

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圖1. 在相同NIR-IIb波長下具有雙發(fā)射的Dye@DSNPs的制備和表征

 

研究發(fā)現(xiàn)，在所有染料中，IR-808是對所制備的DSNPs最有效的敏化劑。在 808 nm激發(fā)下，IR-808 @DSNPs在 980 和 1525 nm 處表現(xiàn)出特征性的尖銳熒光峰，這可歸因于 Yb3+離子的2F5/2 → 2F7/2躍遷和 Er3+離子的 4I13/2 → 4I15/2 躍遷(圖1f)。如圖1h所示，吸收光譜結(jié)果表明 IR-808 可以賦予 IR808 @ DSNPs 高的 808 nm 光吸收，但在 980 nm 吸收時幾乎可以忽略不計。IR-808介導(dǎo)的三重態(tài)敏化DSNPs在808或980nm激發(fā)下處理相同的NIR-IIb發(fā)射，用于開發(fā)具有相同雙發(fā)射的比率熒光探針。

圖2. IR-808 @ DSNPs@ DSPE-PEG-NH2 納米探針，具有相同的 NIR-IIb 雙發(fā)射

 

為了賦予用于生物研究的 IR-808 @ DSNPs 水溶性，使用兩親性分子 DSPE-PEG-NH2封裝 IR-808 @ DSNPs使它們在水溶液中可分散(圖2a)。測得比值熒光信號(F808ex/F980ex)約為1，在PBS中保持穩(wěn)定7天，無任何變化，有利于納米探針的長期儲存（圖2g）。此外，獲得的NIR-IIb比率熒光探針在1000μg/mL的高濃度下，對4T1乳腺癌癥細(xì)胞和L929正常細(xì)胞基本無毒，具有生物應(yīng)用的安全性（圖2i）。

圖3. 深度可調(diào)的1%脂肪乳劑覆蓋的 IR-808 @DSNPs@ DSPE-PEG-NH2的808/980 nm激發(fā)雙NIR-IIb比率成像

 

如NIR-II 熒光圖像所示，808 和980 nm 激發(fā)的熒光強(qiáng)度均隨著穿透深度的增加而逐漸降低(圖3 c，d)，但它們的 NIR-II 比率信號仍保持一致(圖3 c，e)。這些結(jié)果表明，雙 NIR-IIb 發(fā)射比率信號(F980ex/F808ex)與 1%脂肪乳的吸收和散射無關(guān)。因此IR-808 @DSNPs@ DSPE-PEG-NH2是理想的比率型 NIR-IIb 熒光納米探針。

圖4. 不同ClO−濃度下IR-808 @DSNPs@ DSPE-PEG-NH2的體外雙NIR-IIb比率熒光成像

 

文獻(xiàn)報道IR-808能夠被 ClO-特異性氧化，然而 808 nm 激發(fā)的 NIR-IIb 熒光是由 IR-808 介導(dǎo)的三重態(tài)敏化途徑產(chǎn)生的，因此隨著 ClO-加入量的增加，Er3+離子的相應(yīng)發(fā)射會逐漸下降(圖4a)。相反，加入 ClO-后，980 nm 激發(fā)的下移熒光可以獨(dú)立保留。IR-808 @DSNPs@ DSPE-PEG-NH2以808 nm 激發(fā)熒光為傳感信號，980 nm 激發(fā)熒光為自校準(zhǔn)信號，可用于ClO-的定量檢測(圖4b)。繪制比率信號(F808ex/ F980ex)與 ClO-濃度的相關(guān)圖，得到了很強(qiáng)的線性相關(guān)性(R2 = 0.998，圖4e)。圖4f表明，納米探針只對 ClO-有反應(yīng)，而避免干擾其他類似的分析物，提供極高的靈敏度和選擇性。

圖5. 通過雙 NIR-IIb 比率式納米探針原位監(jiān)測關(guān)節(jié)炎模型中的炎癥

 

為了證明 NIR-IIb 比率熒光信號用于準(zhǔn)確體內(nèi)檢測的有效性，在關(guān)節(jié)炎小鼠模型中使用IR-808 @DSNPs@ DSPE-PEG-NH2 對ClO-進(jìn)行可視化。使用公式R = 1.0017-0.0454c（其中R表示F808ex/F980ex的比值，c表示ClO-的濃度，圖4e）計算，得到炎癥足中的 ClO-量從 0.95μM升高到14.44μM (圖5f)。因此，雙NIR- IIb比率探針不僅能夠識別炎癥和正常組織，還能夠?qū)崟r定量測定體內(nèi)的 ClO- 量。

作者開發(fā)了一套新型雙 NIR-IIb 比率熒光探針，用于基于分析物依賴性從染料到 DSNP 的三重態(tài)能量轉(zhuǎn)移的體內(nèi)檢測。所制備的探針能夠在 1525 nm 處發(fā)射兩個具有相同波長的熒光信號，其中一個在 808 nm 處激發(fā)用于傳感通道，而另一個在 980 nm 處激發(fā)用于參考通道。受益于消除組織中光傳播路徑的干擾，通過測量 NIR-II 熒光比例信號(F808ex/F980ex) 獲得準(zhǔn)確可靠的檢測。在關(guān)節(jié)炎小鼠中施用探針后，考慮到比例信號可以對炎癥部位的ClO−做出反應(yīng)，通過激發(fā)的雙 NIR-IIb 熒光成像可以直接將炎癥病變與周圍正常組織區(qū)分開來。此外，通過比較體內(nèi)圖像和體外檢測曲線，可以準(zhǔn)確計算病灶中表達(dá)的ClO−量�？紤]到雙 NIR-IIb 比率熒光信號獨(dú)立于探針濃度和位置等各種干擾，有望為廣泛的生物醫(yī)學(xué)研究和病理診斷提供無創(chuàng)、定量和可視化平臺。

 

參考文獻(xiàn)

Wang, X.; Li, M.; Zheng, X.; Sun, B.; Wang, Y.; Xu, J.; Han, T.; Ma, S.; Zhu, S.; Zhang, S., Dye-Triplet-Sensitized Downshifting Nanoprobes with Ratiometric Dual-NIR-IIb Emission for Accurate In Vivo Detection. Analytical Chemistry 2023, 95 (41), 15264-15275.

 

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