田陽

華東師范大學(xué)化學(xué)與分子工程學(xué)院，上海市綠色化學(xué)與化工過程綠色化重點實驗室，上海 200241

單分散超粒子的結(jié)構(gòu)設(shè)計及生物成像分析應(yīng)用。

超粒子(Supraparticles，SPs)是指相同或不同無機納米晶通過自組裝形成具有特定形貌和分級結(jié)構(gòu)的納米粒子聚集體。超粒子不僅具有新穎可調(diào)的集合性質(zhì)和協(xié)同效應(yīng)1–4，其多級次形貌和可設(shè)計的空間拓撲結(jié)構(gòu)為其與各種生物系統(tǒng)相互作用提供了多尺度、多維度契合可能，因此有望成為一種新的納米分析工具。近期，安徽師范大學(xué)夏云生教授課題組圍繞超粒子結(jié)構(gòu)設(shè)計、性質(zhì)調(diào)控及其在生物應(yīng)用領(lǐng)域開展了系列研究工作。

在細胞分析方面，因單一的二維納米材料與細胞相互作用時，缺乏有效的信號輸出，極大地限制了相關(guān)方面的研究5,6。夏云生課題組巧妙設(shè)計一種可變形的各向異性、二維飛碟狀(UFO)AuNP@MnO2核@殼結(jié)構(gòu)超粒子，并在單顆粒水平研究了其與細胞的相互作用。由于該超粒子的二氧化錳薄片柔軟易變形，在囊泡化過程中，二氧化錳薄片彎曲、折疊，進一步包裹金核，使其周圍折射率增大而發(fā)生局域表面等離子共振(LSPR)紅移。基于這一設(shè)計，實現(xiàn)了納米材料囊泡化過程的動態(tài)、實時監(jiān)測。實驗中，觀察到兩種不同的囊泡化過程，速率相差約一個數(shù)量級。而且，該超粒子進入細胞后，與胞內(nèi)的還原性分子(如谷胱甘肽，GSH)發(fā)生反應(yīng)(二氧化錳薄片被刻蝕)，LSPR藍移。這一現(xiàn)象為在單細胞水平上探索胞內(nèi)局部環(huán)境的氧化還原狀態(tài)提供了可能。該研究成果以熱點文章(Hot Paper)形式發(fā)表于Angewandte Chemie International Edition上7。

在磁共振成像方面，為解決小尺寸T1氧化鐵造影劑易于聚集的問題，夏云生課題組采用水相一步法制備出具有分級結(jié)構(gòu)、尺寸為15 nm、穩(wěn)定的單分散Fe2O3超粒子，并在活體水平實現(xiàn)了“off-on”模式T1磁共振成像。因Fe2O3超粒子的比表面積體積比明顯減小，具有小的r1弛豫率(0.19 mM?1?s?1)，即以“off”狀態(tài)進入體內(nèi)；而在腫瘤微環(huán)境(含有GSH + H+)下Fe2O3超粒子解組裝，其r1值增大了6倍，同時r2/r1比值降低了20倍，具有高信噪比的T1磁共振成像能力，即進入“on”模式。同時，F(xiàn)e2O3SPs具有高的生物相容性及良好的腫瘤靶向能力，所以能夠?qū)? mm3的小腫瘤實現(xiàn)體內(nèi)磁共振T1成像。此外，由于分級和準無定型的結(jié)構(gòu)設(shè)計，該Fe2O3SPs可在體內(nèi)解組裝甚至發(fā)生分解，進而及時通過腎臟代謝清除，大大提高生物安全性。該研究成果在線發(fā)表于近期ACS Nano上8。