肿瘤成像新突破,南开大学在水中纯有机室温磷光上取得新进展

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  纯有机室温磷光(RTP)由于其寿命长、Stokes位移大、有三线态参与等优点,在有机发光二极管、数据安全、传感和生物成像等方面被广泛应用受到越来越多人们的关注。更重要的,RTP易于与细胞器中的自发荧光和背景荧光区分开,因此有望在体内提供许多优势。

  但不幸的是,源于水溶液中的氧气和其他分子导致的猝灭,大多数显示RTP的系统都是固态的,极大的限制了RTP在水性生物系统中的实际应用。因此,迫切需要开发在水溶液中显示RTP的纯有机化合物,尤其水中纯有机材料的毫秒级RTP。

  近日,南开大学刘育教授团队在 Nature 子刊 Nature Communications 杂志发表了题为:Ultralong purely organic aqueous phosphorescence supramolecular polymer for targeted tumor cell imaging 的研究论文。

  研究团队巧妙的将磷光基团4-(4-溴苯基)吡啶-1-盐(BrBP)与具有肿瘤靶向的透明质酸(HA)高分子链进行结合,进而开发水溶性超长纯有机室温磷光超分子聚合物,可用于靶向肿瘤细胞成像


  研究团队发现在HA–BrBP水溶液中添加葫芦[n]脲(CB[n]s, n=7/8)形成假轮烷聚合物时,其形貌由小球分别变为线性和大球型组装体,而在其发光光谱500nm处均出现新的发射峰,尤其与CB [8]形成的组装体在500 nm处的发射强度大约是在380 nm附近的发射强度的2倍,通过N2验证实验证明了在500 nm处的发射峰归属于磷光发射,更重要的是CB [8] / HA-BrBP的磷光比CB [7] / HA-BrBP强很多。通过变温实验以及寿命实验进一步验证了500 nm发射峰处的磷光,同时惊奇的发现CB [8] / HA-BrBP在500nm处的磷光寿命为4.33 ms(量子产率7.58%)。

  结果表明,CB [8] / HA-BrBP甲轮烷聚合物可以实现水溶液中的高效RTP。迄今为止,该聚合物在水溶液中的任何纯有机物质具有相对较长的RTP寿命

  根据实验并结合密度泛函理论计算(DFT)、非共价相互作用(NCI)分析、Mulliken 电荷以及辐射和非辐射衰减速率常数的计算结果推断主体-客体相互作用,π-π/Br-π相互作用,卤素键和多个氢键的协同作用共同限制了磷光分子的运动,从而促进了ISC并减少了非辐射衰变,从而导致了水溶液中CB [8] / HA-BrBP的超长的RTP。


  根据HA的靶向性他们研究了CB [8]/HA-BrBP在活细胞中磷光成像的应用。将三种类型的癌细胞(A549,HeLa,KYSE–150)与CB [8] / HA-BrBP一起孵育,通过共聚焦显微镜获得515-540 nm的细胞内发射光信号,显示该假轮烷聚合物均发出强烈的绿色磷光,而在293T细胞中未观察到明显的磷光,并且根据细胞定位染色显示了在线粒体中,结果表明,该假轮烷聚合物比正常细胞优先靶向肿瘤细胞的线粒体中。


  本文所述的超分子策略不仅将为开发在水溶液中表现出RTP的纯有机化合物提供新的途径,而且还将拓宽磷光的应用

  据悉,该论文第一作者为南开大学博士研究生周维磊,目前已就职于内蒙古民族大学化学与材料学院,通讯作者为南开大学刘育教授。

  论文链接:

  https://www.nature.com/articles/s41467-020-18520-7

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