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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

瀏覽次數(shù):750 發(fā)布日期:2024-2-1  來源:恒光智影

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(gè)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(jì)算病變中的表達(dá) ClO-量。考慮到雙 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(gè)無創(chuàng)、定量和可視化的平臺。
 




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(shí)幾乎可以忽略不計(jì)。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(bào)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(huì)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(jì)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(shí)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(gè)具有相同波長的熒光信號,其中一個(gè)在 808 nm 處激發(fā)用于傳感通道,而另一個(gè)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(jì)算病灶中表達(dá)的ClO−量。考慮到雙 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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