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一种红光发射的双光子碳点用于;细胞内pH荧光成像

来源:搜狐资讯
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   pH是许多生物学过程中最重要的环境参数之一。如,细胞内的pH值在不同的细胞器间存在显著差异:溶酶体/内泌体pH值为4.4-6.5,中性细胞质/细胞核pH值为6.8-7.4,线粒体pH值约为8.0。此外,pH值的波动与细胞功能障碍密切相关,可导致许多诸如类风湿关节炎、休克和癌症等疾病。因此,在生理和病理研究中,监测细胞、组织和机体水平的pH分布和波动具有重要意义。

   

   荧光成像具有时空分辨率高、可实时监测、无创等优点,是监测细胞内pH波动的重要手段。相较于单光子荧光探针,双光子荧光探针可同时吸收两个近红外(NIR)光子,具有更深成像深度和较小的光损伤等优点,特别适用于生物成像。然而,大多数pH荧光探针都是基于有机小分子荧光团来设计合成的,存在制备过程复杂、光稳定性差和pH响应范围窄等问题,这些问题限制了小分子荧光探针在pH生物成像中的广泛应用。碳量子点是近年来发现的一种新型双光子荧光探针,它的优点包括易于合成,生物相容性好,光稳定性高等;理想的双光子碳点还应该具有长波长(> 600 nm)发射和高信噪比(S/N)等特点。遗憾的是,目前基于长波长发射的双光子碳点荧光探针的报道较少。

     

    作者利用pH-CDs实现了活细胞、斑马鱼、小鼠肾组织组织和肿瘤组织的pH双光子成像和生物传感。此外,作者还对探针的pH响应机理进行了探讨:不同pH环境下,碳点表面去质子化或质子化使得碳点呈聚集-分散状态,从而导致碳点荧光自猝灭-荧光恢复间切换,最终荧光信号反映pH的变化。

   

   该探针是第一个基于红光发射碳点的pH双光子荧光探针。此项研究作为以碳点间相互作用而构建探针的一个可行性实例,其设计思路可以延伸到其它探针的构建当中,为探针设计构建提供一种新颖的思路。

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