第一作者：Zongyan Quan

通讯作者：Lei Wang, 朱红祥, 何辉

通讯单位：广西大学

研究内容：

高活性氧 (hROS) 的检测对于了解疾病的病因和优化治疗干预是至关重要的。该研究以纤维素纳米晶体 (CNC) 稳定的金纳米团簇为载体，以金纳米团簇为稳定剂，邻苯二胺为ROS的抗干扰内标，构建了一种基于纤维素纳米晶体 (CNC) 稳定的金纳米团簇的比率荧光探针用于hROS检测。由生物相容性生物质制备的具有高羧基密度和针状、棒状结构的 CNC 足以解决金纳米团簇的易聚集和不稳定性问题。所制备的比例荧光探针受变色龙启发而在遇到环境刺激时会变色，表现出良好的稳定性、高灵敏度和选择性，并且能够长期储存。有趣的是，在 hROS 存在下，探针的荧光从蓝色变为黄色，显示 ClO^-、ONOO^-和 OH^- 的检测限分别为 0.97 μmol/L、0.87 μmol/L 和 0.79 μmol/L。随后在活细胞和斑马鱼中对 hROS 进行直接荧光成像显示出令人满意的灵敏度。该研究表明 CNC 稳定的金纳米团簇在生物系统中的实际应用的有效性。

要点一： 

该研究基于纤维素稳定的金纳米团簇和邻苯二胺的比例荧光探针解决了金纳米团簇易聚集和活性氧干扰检测的问题。合成的CNC@GNCs非常稳定，在储存60天期间荧光强度没有显着变化。

要点二：

该探针在检测 hROS 时表现出优异的选择性和灵敏度，在 hROS 存在下从蓝色荧光明显转变为黄色荧光，对 ClO^- 、ONOO^- 和 OH^- 的检测限为 0.97 μmol/L、0.87 μmol/L L 和 0.79 μmol/L。此外，该探针表现出良好的生理稳定性和优异的生物相容性，并成功应用于体外和体内 hROS 成像。这些发现表明该探针在生命系统中快速检测 hROS 的功效。

图1：CNC@GNCs RFP 的制备和应用。

图2：CNC和CNC@GNC 的表征。(a) CNCs的C 1s光谱的解卷积峰。(b) CNCs的形态学和 (c) 大小分布。GNCs 在 CNC@GNCs 上的(d)分布，(e)形态，和(f)粒度分布。CNC@gnc的 (g) Au 4f和 (h) O1s XPS光谱。(h) 金纳米粒子和 CNC@GNCs 的荧光光谱。(i) CNC@GNCs的荧光稳定性。

图3:  CNC@GNCs和o-PD的荧光响应。(a) CNC@GNCs和o-PD的激发和发射光谱。(b) CNC@GNCs 对不同浓度 ClO^- 的荧光响应。(c) o-PD 对不同浓度 ClO^- 的荧光响应。(d) CNC@GNCs 和 o-PD 在 488 nm 和 580 nm 处的荧光发射强度随 ClO^-浓度的变化。

图4：CNC@GNCs RFP 对体外 hROS 的选择性。(a) CNC@GNCs RFP对不同浓度hROS (ClO^-)的荧光响应。(b) CNC@GNCs RFP 在检测不同浓度 ClO^- 时在 580 nm 和 488 nm 处的荧光峰比。(c) CNC@GNCs RFP 对 hROS 和干扰物的荧光响应（图示为响应图）。CNC@GNCs (d)、o-PD (e)和CNC@GNCs RFP (f)对各种物质的荧光响应。

图5：CNC@GNCs 和 CNC@GNCs RFP 对细胞的细胞毒性评估。活/死细胞染色将具有不同浓度的 CNC@GNCs 和 CNC@GNCs RFP 的共聚焦显微镜图像合并到 HepG2 细胞 (a, b) 和 L929 细胞 (c, d)。CNC@GNCs (e) 和 CNC@GNCs RFP (f) 对 HepG2 细胞和 L929 细胞的细胞活力。(g) CNC@GNCs RFP 的急性全身毒性。

图6：CNC@GNCs RFP对内源性和外源性hROS的敏感性。使用CNC@GNCs RFP对HepG2细胞在不同条件下的荧光图像进行分析。(a) CNC@GNCs RFP处理的HepG2细胞。(b) 用 CNC@GNCs RFP 处理的 HepG2 细胞，然后添加 ClO^-。(c) 用 ClO^- 和 NAC 处理的 HepG2 细胞，然后用 CNC@GNCs RFP 孵育。(d) HepG2细胞用LPS和PMA处理，然后用CNC@GNCs RFP孵育。(e) HepG2细胞用LPS和PMA处理，然后用DMSO和尿酸处理，然后用CNC@GNCs RFP孵育。

图7：CNC@GNCs RFP 对体内 hROS 的选择性。在不同条件下培养的斑马鱼的荧光图像。(a) 通过 CNC@GNCs RFP 模拟检测斑马鱼中的 hROS。(b)经CNC@GNCs RFP处理的斑马鱼。(c)用CNC@GNCs RFP和ClO处理的斑马鱼。(d) CNC@GNCs RFP联合LPS和PMA处理斑马鱼。

图8：检测hROS的CNC@GNCs RFP示意图。

参考文献

Zongyan Quan, Fei Xue, Haoyuan Li, Zhiping Chen, Lei Wang, Hongxiang Zhu, Chunlin Pang, Hui He. A bioinspired ratiometric fluorescence probe based on cellulose nanocrystal-stabilized gold nanoclusters for live-cell and zebrafish imaging of highly reactive oxygen species. Chemical Engineering Journal. 2022, 431, 133954