材化学院在室温磷光碳点的无基质、抗氧与时间分辨信息加密与细胞成像方面取得新进展

时间:2023-01-11作者:浏览:179

本网讯 细胞成像通常用于鉴定生物靶标及其在细胞、组织与活体中的生物化学过程。传统的荧光探针仅能提供二维信息(波长与强度),容易受到内源性背景荧光干扰,导致不准确的结果甚至错误信号。室温磷光(RTP)成像能够获得三维信号(波长、强度与寿命),提供靶标的时空定位信息,并且能够区分不同寿命的相似信息。因而,RTP吸引了大量的科研兴趣并取得了长足的进步。但是,RTP的氧敏特性导致了RTP极差的生物共容性。

近日,材化学院邹文生教授与王亚琴教授课题组以均苯三甲酸为碳源(图1),因为脱羧酸度差异,一锅制备了三个碳点[一荧光(F-C-dots)、两磷光(Pw-C-dots与Py-C-dots)],产率高达92%。

图1. 以均苯三甲酸为碳源,一锅法制备三C-dots的示意图。

团队首先讨论了两个RTP C-dots的磷光起源。C-dots仅含C与O两个元素,没有掺杂重卤素元素,因而重原子效应不是磷光根源。n-π*跃迁是当前最流行的RTP C-dots设计元素,能够加速旋—轨耦合作用,基质的使用能够有效固定三重态激子,触发长寿命的n-π*跃迁发射,但是,实验中并没有使用任何基质以抑制非辐射驰豫。计算了两个磷光碳点的单—三重态能量差(ΔEST),分别为~0.34 与~0.39 eV,这么小的ΔEST有利于布居三重态激子,随后触发长寿命RTP。

团队以市售的相同发射颜色的短寿命荧光粉与合成的长寿命RTP C-dots一起,应用于信息加密及其时间分辨成像(图2-左)。当灯源打开时,呈现“8888”与“蝴蝶花”状图案。当灯源关闭后,呈现“2022”与“蝴蝶”图案。前后不一致的结果论证了RTP C-dots可用于信息加密。当把水滴加到“苹果”与“梅花”图案上时(图2-右),短寿命的荧光粉发射消失,留下了“不带蒂的苹果”与对程的“三叶”图案,论证了RTP C-dots优异的抗氧与时间分辨信息加密能力。

图2. Pw-C-dots的干(左)与湿(右)粉末的信息加密及其时间分辨成像

团队探讨了PVP-包裹的Py-C-dots应用于抗氧与时间分辨细胞成像的可能性。当荧光Py-C-dots内化于细胞中后,灯源关闭的一刹那,细胞中见不到一丝亮光(图3-A)。而当PVP-包裹的Py-C-dots着色时,灯源关闭后,细胞中的RTP还能持续数百毫秒(图3_B),特别值得一提的是,PVP-包裹的Py-C-dots能够定位于细胞中溶酶体,为细胞中溶酶体定位提供了一个廉价的RTP探针。

图3. 蓝色荧光C-dots(A)与PVP-包裹的Py-C-dots(B)着色的HeLa细胞抗氧与时间分辨成像

PVP-包裹的 Pw/Py-C-dots作造影试剂有如下优势:C-dots具有底成本、好的生物共容性、优异光稳定性与抗漂白功能与长的寿命;C-dots免除了传统的除氧操作、低温、结晶化与严苛的反应条件;无基质触发;最后,C-dots有效消除了自荧光干扰,为抗氧与时间分辨纯有机RTP细胞成像打开了希望之门。研究成果以“One-Pot Three Carbon Dots with Various Lifetimes Rooted in Different Decarboxylation Degrees for Matrix-Free, Anti-Oxygen and Time-Resolved Information Encryption and Cellular Imaging”为题,近日发表在《Analytical Chemistry》 (中科院1区,影响因子:8.008)上,邹文生教授与王亚琴教授为通讯作者,中科大俞汉青教授为共同通讯作者,材化学院硕士生徐宇参与了本工作,本文以天博游戏平台为第一单位。该研究得到了安徽省自然基金(1908085MB40,2022AH050239),国家自然科学基金(52003003, 51978003, 52027815)的资助。(文/图:肖必华 邹文生;审稿:丁益)

论文信息:One-Pot Three Carbon Dots with Various Lifetimes Rooted in Different Decarboxylation Degrees for Matrix-Free, Anti-Oxygen and Time-Resolved Information Encryption and Cellular Imaging, Wen-Sheng Zou*,Yu Xu, Weili Kong, Yaqin Wang*, Jun Zhang, Weihua Li, Han-Qing Yu*, 2023, https://doi.org/10.1021/acs.analchem.2c04336.


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