Разработанный UCNP инкапсулирован в ZIF-8 вместе с наночастицами CuxOS. Из-за гашения UCL с помощью CuxOS сигнал UCL нанокомпозитного зонда UCNP/CuxOS@ZIF при возбуждении 980 нм слабый. В это время зонд показал значительный сигнал CD из-за CuxOS. Когда в среде обнаружения присутствует H2S, разрушение CuxOS с помощью H2S ослабляет сигнал CD зонда, в то время как сигнал UCL UCNP восстанавливается. На основе этого принципа in vitro реализуется двухрежимное зондирование UCL/CD против H2S. В то же время, как один из типичных биомаркеров рака, высокая экспрессия H2S в опухоли также усиливает сигнал UCL зонда внутри опухоли, достигая биовизуализации in vivo. Автор: Ян Лу, Сюй Чжао, Дунмэй Янь, Инцянь Ми, Пэн Сан, Сюй Янь, Гэюй Лу и Сяоминь Лю.
С непрерывным развитием нанотехнологий было создано больше искусственных хиральных наноматериалов. Как одно из наиболее представительных оптических свойств этих хиральных наноматериалов, круговой дихроизм (КД) является мощной сенсорной технологией. По сравнению с другими аналитическими методами сигнал КД имеет более высокую чувствительность, но он не может обеспечить визуализацию in situ in vivo.
Ученые сумели подготовить хиральные нанокомпозиты с более разнообразными биологическими функциональными свойствами, чтобы компенсировать этот недостаток. Однако некоторые хиральные нанокомпозиты, собранные электростатической адсорбцией или другими методами, легко диссоциируют и разрушаются в сложных физиологических средах, что приводит к отклонениям в производительности.
Кроме того, для некоторых нанокомпозитов сложно различать помехи со свойствами, аналогичными аналиту, что приводит к плохой селективности обнаружения. Поэтому разработка хиральных композитных наноматериалов со стабильной структурой и превосходными свойствами для удовлетворения потребностей биомедицинской диагностики и обнаружения по-прежнему является сложной задачей.
В статье, опубликованной в Light: Science & Applications, группа ученых под руководством профессора Гейю Лу из Государственной ключевой лаборатории интегрированной оптоэлектроники, Колледжа электронных наук и техники, Цзилиньского университета, Китай, и его коллеги разработали нанокомпозитный зонд UCNPs/CuxOS@ZIF, используемый для in vitro UCL/CD двухрежимного зондирования для H2S и визуализации in vivo.
В этом зонде наночастицы с повышающей конверсией (UCNP) и хиральные наночастицы CuxOS инкапсулированы в цеолитный имидазолатный каркас-8 (ZIF-8).
Восстановление CuxOS с помощью H2S приводит к изменениям в поглощении CuxOS и сигнале CD, что позволяет изменять сигналы UCL и CD зонда. UCL/CD двухрежимное зондирование для H2S было реализовано in vitro.
В то же время UCNP позволяют проводить визуализацию in situ живых мышей с опухолями. Конструкция двухрежимных нанозондов UCNP/CuxOS@ZIF делает хиральное зондирование более выгодным инструментом в биологическом обнаружении и дает новую идею для применения многофункциональных хиральных наноматериалов в биомедицине.
UCNP/CuxOS@ZIF как разработанный хиральный нанокомпозит может эффективно устранить влияние помех в среде обнаружения и достичь высокоселективного зондирования для H2S. Ученые подвели итог процесса «селекции» зонда для H2S:
«Реализация этого «выбора» на самом деле происходит из ZIF-8, который мы разработали как инкапсулирующую оболочку для всего нанокомпозита, не только для стабилизации композита, но и, что более важно, для использования его уникальной структуры пор, чтобы позволить ему функционировать как газовое молекулярное сито».
«Короче говоря, молекулы H2S легко проникают внутрь ZIF-8, в то время как другие молекулы изолируются от внешней среды, тем самым в определенной степени разрешая некоторые общие молекулярные влияния на зондовое зондирование».
«Без инкапсуляции ZIF-8 восстановительные вещества, такие как L-Cys, L-Lys и GSH, также могут изменять сигналы UCL и CD зонда, и этот эффект крайне неблагоприятен для оценки сенсорных характеристик зонда», — добавили они.
«Идея сборки, используемая в этом нанокомпозитном зонде, может быть применена к сборке других видов композитов. При условии, что конструкция разумна, можно приготовить более диверсифицированные многофункциональные хиральные композиты, что создаст больше возможностей для применения хиральности в области биосенсорики, биовизуализации и биотерапии», — прогнозируют ученые.
Дополнительная информация: Ян Лу и др., Хиральный нанозонд на основе апконверсии для высокоселективного двухрежимного зондирования и биовизуализации сероводорода in vitro и in vivo, Свет: наука и приложения (2024). DOI: 10.1038/s41377-024-01539-6
Информация о журнале: Light: Science & Applications
Предоставлено Китайской академией наук
