稀土上转换发光纳米材料在生化分析中的应用(3)
【作者】网站采编
【关键词】
【摘要】2 基于上转换发光生化分析 Zijlmans等人在1999年首次利用上转换荧光材料实现了人类前列腺组织中特异性抗原的检测。2015年武汉大学袁荃课题组将核酸适配
2 基于上转换发光生化分析
Zijlmans等人在1999年首次利用上转换荧光材料实现了人类前列腺组织中特异性抗原的检测。2015年武汉大学袁荃课题组将核酸适配体与上转换纳米材料相结合,利用分子识别引入了一种检测潜指纹的新方法。通过核酸适配体高效地与指纹中溶菌酶特异性结合并在近红外光的激发下发出可见光,指纹图像清晰呈现并被配有微焦镜头的单反相机记录,通过分子识别的潜指纹检测实现不同表面和不同人的潜指纹检测。潜指纹中除了包含有本身的分泌物外,还包含一些外源化学物质,如可卡因,将核酸适配体换成可卡因的适配体同样可以实现潜指纹的检测,该方法对可卡因的检出限可达0.1 g。该检测方法有望为刑事侦查提供有力的信息。
3 基于上转换发光共振能量转移生化分析
目前上转换发光材料用于生化多数是基于上转换发光共振能量转移(UC-LRET)来实现的。在上转换纳米材料构建的发光共振能量转移体系中,上转换纳米材料通常作为能量供体。UCNPs的反斯托克斯发射可以消除供体-受体对的共激发现象,排除能量受体产生假阳性信号的可能性。
3.1 UC-LRET用于无机小分子分析
乏氧是恶性实体肿瘤的重要特征,而肿瘤组织中存在的乏氧区是导致肿瘤复发、侵袭、转移的根本原因,同时由于乏氧肿瘤区的存在,也使得肿瘤耐化疗、耐放疗。2014年中国科学院上海硅酸盐研究所施剑林课题组[3]设计和制备了一种基于稀土上转换发光纳米粒子内核的空腔介孔氧化硅结构,并将商用氧气指示剂[Ru(dpp)3]2+Cl2高效装载于空腔结构中,形成一种新型氧气感应探针,提供一种稳定性好、灵敏度高、多次循环感应的无损影像检测技术,同时将有助于实现乏氧肿瘤区影像介导下的高效治疗。
3.2 UC-LRET用于有机小分子分析
2011年新加坡国立大学刘小刚课题组报道了一种MnO2纳米片改性的NaYF4:Yb,Tm(~30 nm)上转换纳米材料用于谷胱甘肽的检测。首先作者在pH6的2-(N-吗啉)乙磺酸缓冲溶液中,利用MES将KMnO4还原成无定型的MnO2纳米片,原位生长在UCNPs表面。MnO2作为高效猝灭剂可以猝灭UCNPs上转换发射,由此构建了基于UC-LRET的探针。该探针的检出限可达0.9 M,并且借助上转换显微镜该探针成功用于HeLa细胞胞液中GSH含量水平的监测。
3.3 UC-LRET用于生物大分子分析
2009年美国俄克拉荷马大学毛传斌和东北大学徐淑坤等5将人类免疫球蛋白G(IgG)固定在氨基修饰的AuNPs上,并以此为能量受体,把兔抗山羊IgG固定在氨基修饰的上转换纳米材料上作为能量供体,当加入山羊抗人IgG时,三者形成夹心复合物。在Au NPs和上转换纳米粒子之间构成了LRET体系从而实现了山羊抗人IgG的检测。方法对山羊抗人IgG检测的线性范围为3-60 gmL-1,检出限为0.88 gmL-1。
3.4 UC-LRET用于pH传感
2012年美国宾夕法尼亚大学Vinogradov等人6将NaYF4:Yb,Er纳米粒子与卟啉衍生物结合构建了一种比率pH纳米探针。在980 nm近红外激光激发下,在520和660 nm处有发射光。在酸性条件下H4P2+对660nm的光有较强吸收,在碱性条件下H2P对520nm的光有较强吸收。因此通过检测红/绿上转换发射的渐变可以对pH的监测。
4 UCNPs用于细胞操控
动态调控细胞与分子之间的相互作用是许多生物学和生物医学的基础。2014年曲晓刚课题组7提出了一种借助UCNPs实现单一波长的近红外光实现操控细胞的粘附和脱附。在高功率密度近红外激光照射下,UCNPs发射紫外光,螺吡喃在紫外光作用下发生光异构化开环形成菁类结构,细胞表面纤连蛋白与其作用减弱细胞发生脱附。在低功率密度近红外激光照射下,UCNPs发射可见光,螺吡喃在可见光作用下发生光异构化闭环形成螺环结构,细胞表面纤连蛋白与其作用较强细胞会发生粘附。
4.1 UCNPs用于药物和基因传输
通过利用稀土上转换纳米颗粒近红外激发紫外光发射的性质来控制包裹药物的笼状化合物进行药物释放和基因表达,避免了直接使用紫外光照射的组织穿透能力低和光毒性的缺点。2012年新加坡国立大学张勇课题组8通过包裹可光解的质粒DNA/siRNA分子到介孔氧化硅包覆的NaYF4:Yb,Tm上转换纳米颗粒的多孔硅中,该方法不仅提高了生物相容性且增加了载药能力。
4.2 UCNPs用于光动力治疗
光动力治疗采用光激活化学物质,从而产生单线态氧,最终导致癌细胞死亡。用于激活光敏剂的激发光通常在可见-近红外波段,由于其穿透能力有限,所以将光敏剂包裹到上转换纳米颗粒上来提高其组织穿透能力。当纳米微粒被980nm的近红外光激发时发出可见光然后可见光激发光敏剂释放1O2最后杀死癌细胞。
文章来源:《中国生化药物杂志》 网址: http://www.zgshywzz.cn/qikandaodu/2021/0523/622.html
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