多模式小动物活体成像系统在本科生创新实践中的使用与开发

多模式小动物活体成像系统广泛应用于高校科研实验室的活体动物检测研究,为癌症的发生及发展、基因治疗和免疫学及分子生物学等相关研究领域提供直观的活体侦测手段.结合多年的多模式小动物活体成像系统的使用,总结了多模式小动物活体成像系统的使用经验,并探讨了多模式小动物活体成像系统在大学生创新实践中的应用.旨在提高多模式小动物活体成像系统的使用效率,并拓宽多模式小动物活体成像系统的实验资源.     

稀土纳米材料在高分辨活体成像及诊疗中的应用

荧光成像具有时空分辨率高、 反馈快、 非侵入和无电离辐射等优点, 是一种重要的生物成像技术. 与传统用于荧光成像的可见光和近红外一区(NIR-I, 600~950 nm)相比, 近红外二区(NIR-Ⅱ, 1000~1700 nm)窗口具有低生物组织散射系数和低生物自发荧光, 采用NIR-Ⅱ光进行活体荧光成像能有效提高成像的分辨率、 信噪比和穿透深度. 稀土纳米颗粒(RENPs)具有大斯托克斯位移、 高化学稳定性、 可调的荧光寿命以及较窄的发射带, 是一种重要的荧光成像探针. 近年来, 一系列具有优异的NIR-Ⅱ发光性能的稀土纳米材料被用于高分辨活体荧光成像. 本文综合评述了近年来RENPs用于高分辨活体成像及诊疗中的研究进展, 概述了RENPs的掺杂调控、 基质晶格选择和复合敏化等NIR-Ⅱ发光增强策略, 介绍了其在多种生物医学场景中的靶向聚集、 荧光传感和疾病治疗等功能, 并总结了其在多路成像、 多模态成像和疾病诊疗中的应用. 最后, 简要分析了RENPs在未来生物医学应用中面临的挑战和发展的方向.     

近红外二区有机小分子荧光探针

荧光成像凭借灵敏度高、特异性强等诸多优势在重大疾病的诊疗领域发挥着重要作用.然而传统的近红外一区(NIR-I,700～900nm)荧光成像存在组织穿透性差等问题,限制了其临床应用.近红外二区(NIR-II,1000～1700nm)荧光成像可以极大地减弱生物组织对光的吸收、散射和自发荧光,从而显著提升成像深度及成像效果.在众多NIR-II荧光探针中,有机小分子由于具有毒性低、代谢快等优点正成为该领域的研究热点.作者以近年来NIR-II有机小分子荧光探针的发展为主体,概括了提升探针荧光量子产率的策略,分别就可激活型、多模态成像型和诊疗一体化型NIR-II荧光探针进行分类讨论,系统介绍了近年来该领域内的研究成果,并针对NIR-II荧光探针未来的发展进行了展望.     

多功能金属石墨纳米囊的生物医学应用进展

多功能金属石墨纳米囊由于其良好的稳定性和独特的理化性质, 在生物医学领域受到了广泛关注. 利用石墨烯外壳独特的拉曼散射特征峰作为拉曼标签或者内标, 结合等离子体纳米核优异的表面增强拉曼散射(SERS)和双光子发光(TPL)性能, 可实现SERS生物分析以及肿瘤细胞或组织的Raman/TPL双模成像. 利用表面积大的石墨烯外壳作为药物负载平台, 结合等离子体纳米核的近红外光吸收能力, 可实现光介导的病原菌杀灭以及肿瘤细胞或实体瘤的热疗与化疗的协同治疗. 此外, 利用石墨烯外壳优异的荧光猝灭性能, 还实现了生物分子的荧光检测; 利用磁性纳米核独特的磁学性能, 可实现生物样品的分离和富集、 细菌的原位磁共振成像检测以及磁靶向胃部口服药物的递送. 本综述首先介绍了金属石墨纳米囊的制备、 分类和性质, 然后概述了它们在生物检测、 生物成像和治疗3个方面的应用进展, 并进一步总结了它们的发展现状包括生物毒性和生物医学应用的优缺点, 最后对其在生物医学领域的发展方向做出了展望. 我们期望多功能的金属石墨纳米囊能够为今后的临床生物医学应用提供可靠的纳米平台.     

近红外二区活体荧光成像在肿瘤诊疗中的应用

由于具备组织穿透深度深和时空分辨率高等优势, 近年来近红外二区(Near-infrared-Ⅱ, NIR-Ⅱ, 1000~1700 nm)荧光成像技术得到了快速发展, 其在肿瘤临床诊断和治疗的潜力更是引发了广泛关注. 本文首先阐释了NIR-Ⅱ窗口荧光成像的原理及其优势, 随后根据结构分类归纳总结了现有荧光团的特征, 重点介绍了荧光探针在性能优化上的进展以及在肿瘤早期检测、 术中导航和光疗中的应用, 最后讨论了现有NIR-Ⅱ 荧光探针的局限以及临床转化面临的挑战, 并对未来的发展方向进行了展望.     

偶氮苯衍生物探针在乏氧细胞成像中的应用

细胞不受控制的生长增殖和异常的血管系统导致肿瘤部位氧气供应不足,氧气浓度低于正常组织.细胞乏氧是大多数实体瘤的共同特征,可用作恶性组织和癌症进展的指标.准确的乏氧检测和成像对癌症患者的诊断和临床治疗至关重要.荧光成像具有高灵敏度、无创、实时等优点,常被用于癌症检查.偶氮基团由于其对荧光基团的荧光猝灭作用和还原断裂荧光恢...     

HA-AuNPs/FDF用于透明质酸酶的高灵敏检测、肿瘤靶向细胞荧光成像和光疗

本工作构建了一种新型复合纳米诊疗剂HA-AuNPs/FDF,用于透明质酸酶(HAase)的高灵敏荧光检测、肿瘤靶向荧光成像和光动力/光热协同治疗.吡咯并吡咯二酮基共轭小分子(FDF)与肿瘤靶向生物分子透明质酸(HA)功能化的金纳米粒子(HA-AuNPs)通过静电作用自组装形成HA-Au NPs/FDF. FDF在近红外光激发下产生较强的荧光, HA-AuNPs会通过荧光共振能量转移效应(FRET)猝灭FDF的荧光.然而,肿瘤细胞中过表达的透明质酸酶(HAase)能使HA逐渐降解, FDF被释放,从而荧光逐渐恢复. HA-AuNPs/FDF的荧光恢复程度与HAase的浓度有很好的线性关系,可用于快速定量检测HAase.而且, HA-AuNPs/FDF作为透明质酸酶激活的荧光探针成功地用于人宫颈癌肿瘤HeLa细胞的靶向荧光成像,细胞实验结果证实它能通过光动力/光热协同治疗有效抑制HeLa细胞的增殖.该体系为实现精准高效的肿瘤诊疗拓展了思路.     

多光谱光声层析成像及其在生物医学中的应用

多光谱光声层析成像(MSOT)技术是一种将多光谱成像与光声层析成像(PACT)技术相结合的新技术,该技术利用不同生物组织的光谱吸收特性,用多组不同波长的短脉冲激光照射组织以产生组织特异性的光声信号,从而更好地进行光声成像和组分识别。MSOT兼具光学成像的高灵敏度、高分辨率优势和超声成像可对数厘米深组织成像的长处,同时又能弥补光学成像深度有限和超声成像对比度差的短处,能够实现深层组织的高分辨率、高对比度、高穿透深度的实时无损伤成像。迄今为止,MSOT已应用于肿瘤内光吸收粒子的检测、血管结构和血液氧合作用的评价、生物荧光蛋白的成像以及乳腺癌患者检测的初步研究。随着光声成像系统的不断改进,MSOT与生物标记物(如荧光试剂、金纳米颗粒等)结合对体内分子进行成像,在生物医学中得到了广泛的应用。本文简要综述了MOST的成像原理、实验装置及其性能特点,着重总结了其在生物医学领域的最新应用进展,尤其是在新生血管成像、肿瘤的早期诊断及肿瘤的原位成像方面。     

半花菁染料用于分子影像的研究进展

分子影像广泛用于基本的生物学过程研究,众多疾病诊断、治疗策略设计以及疗效评估.半花菁染料具有良好的光物理性质、生物相容性和对生物系统的低毒性,是一种比较理想的生物成像试剂.近年来,出现了大量基于半花菁染料的探针用于分子成像的研究工作.该文系统地介绍了基于半花菁染料的探针用于荧光和多模态成像的研究进展,详细地介绍了这些可...     

发光ZnSalen配合物在分子荧光成像中的应用进展

荧光分子探针的设计、合成以及应用是分子荧光成像领域重要的化学问题.本文从Znsalen配合物的基本性质出发,概述了Znsalen配合物结构与功能的关系,特别是其发光性质与分子结构及分子聚集状态的相关性及应用.针对Znsalen配合物的发光性质,展示了其应用于分子荧光成像和活细胞中分子事件监测的研究进展.这些最新研究表明,Znsalen配合物探针的细胞毒性低(利于活细胞成像)、发光效率高(适用于单、双光子成像)、发光可调(通过配体的修饰和分子聚集状态的调节),有望作为一类重要的发光金属荧光探针实现在分子荧光成像中的应用.     

Nd3+ Sensitized Fluorescent Nanoprobes for Vascular Imaging in the Second Near Infrared Window北大核心CSCD

In recent years,in comparison to the light in the visible range（400~700 nm）and first near-infrared window（NIR-Ⅰ,700~1000 nm）,the light in the second near-infrared window（NIR-Ⅱ,1000~ 1700 nm）possess the merits of the lowest optical scattering and absorption in the bio-tissue. So NIR-Ⅱ fluorescence imaging with deeper tissue penetration depths,high spatiotemporal resolution and signal to noise ratio（SNR）plays an important role in the fields of angiography,lymphangiography and so on. Herein, Nd3+ sensitized fluorescent nanoprobe （U/DNPs,NaGdF4 ∶Yb（18% mole fraction）,Ho（2%）,Ce（30%） @NaGdF4 ,Nd（60%）@NaGdF4 ,Nd（10%）） with core-shell-shell is synthesized through high-temperature coprecipitation and epitaxial growth method. Under the irradiation of 808 nm,the NIR-Ⅱ fluorescence at 1056 nm and 1332 nm are obtained via down-conversion process for further vascular imaging. Furthermore,it can emit red upconversion fluorescence with high red to green（R/G）ratio（I647 /I540 = 22. 6）,possessing greatly potential application for photodynamic therapy. After successful modification of polyvinyl pyrrolidone（PVP） via ligand-exchange strategy,the U/DNPs-PVP nanomaterials possess excellent solubility in water and good biocompatibility,and can achieve the NIR-Ⅱ fluorescence vessels imaging with spatial resolution of 336. 3 µμm in vivo. © 2022, Science Press (China). All rights reserved.     

小分子基温敏聚合物纳米粒子的制备及在近红外二区荧光成像与光热治疗中的应用

以有机小分子4,9-二(5-9H-芴-2-基-噻吩-2-基)-6',7-联苯[1,2,5]噻二唑并[3,4-g]喹喔啉(TQF)为前驱体, 通过化学方法将其修饰为可引发可逆加成-断裂链转移聚合(RAFT)反应的小分子链转移剂TQF-苯基硫代链 转移剂（CTA）. 以TQF-CTA为链转移剂, 以偶氮二异丁腈为引发剂, 引发N-异丙基丙烯酰胺(NIPAAm)和 甲基丙烯酸寡聚乙二醇酯(OEGMA)发生RAFT聚合反应, 合成了具有良好水溶性和较低临界溶解温度(LCST)的小分子基共聚物[TQF-P(NIPAAm-co-OEGMA), TPNO]. 将其直接溶于水中可制备成温敏的球形纳米粒子 TPNO NPs. 研究结果表明, TPNO NPs在温度大于LCST(35 ℃)时表现出一个明显的粒径变化和显著的荧光 增强行为(2.2倍), 并成功实现了对活体小鼠血管与肿瘤的明亮近红外二区(NIR-Ⅱ)荧光成像(FI). 同时, TPNO NPs有着良好的光热转换效率(PCE=29.8%), 通过体外细胞实验证明了其对细胞具有较好的光热治疗(PTT)效果.     

溶酶体靶向吲哚氟硼二吡咯光敏剂的合成、 双光子荧光成像及光动力治疗

通过Knoevenagel缩合反应制备了一个具有溶酶体靶向的近红外光敏剂IMBDP-Lys, 用于双光子荧光成像和光动力治疗. IMBDP-Lys由2个吲哚吗啉功能团连接到氟硼二吡咯(BODIPY)母核的3?位和8?位构筑而成, 是一种重原子诱导的光敏剂. 采用高斯09W理论计算光敏剂S₁态和T₂态能量值相差0.12 eV, 可以有效地发生系间窜越. 在二氯甲烷溶液中, 光敏剂IMBDP-Lys的最大吸收波长为631 nm, 最大发射波长为684 nm. 在 660 nm的光照下, 以亚甲基蓝为参比, 单线态氧量子产率经计算为48.3%. 此外, 含有2个吗啉基团的光敏剂IMBDP-Lys具有良好的生物相容性和精准的靶向能力, 可以快速地进入斑马鱼体内进行双光子荧光成像, 并且与溶酶体绿色染料Lyso-Tracker Green共定位系数为0.95. 溴化噻唑蓝四氮唑(MTT)实验结果表明, 光敏剂具有低的暗毒性(≥85%)和高的光毒性(IC₅₀=0.52 μmol/L). 在660 nm的光照下, 利用活性氧荧光探针2’,7’-二氯二氢荧光素二乙酸酯（DCFH-DA）证明光敏剂可以产生活性氧, 同时吖啶橙/溴化乙锭(AO/EB)染色实验和细胞迁移实验表明产生的活性氧不仅能诱导A549细胞凋亡, 还能有效地抑制肿瘤细胞迁移. 因此, 近红外光敏剂IMBDP-Lys在双光子荧光成像和溶酶体靶向的光动力治疗中具有重要的应用价值.     

Recognition of ClO－ and Cellular Imaging with Xanthene-based Fluorescent Probes北大核心CSCD

Selective recognition of hypochlorite ion（ClO－）in intracellular biological environment is important for research and application in cellular physiology and pathology. A novel fluorescent molecule, 6-bis （dimethylamino）-9-（1-（3-methyl-benzothiazole）-trimethyl）-xanthene（R-1）,is designed and synthesized with a combination of dimethylamino-substituted xanthene and benzothiazole segments through continuous carbon-carbon double bonds. In the presence of ClO－ ,the fluorescence emission of R-1 at 600 nm is significantly enhanced（the quantum yield is as high as 20. 3%）,and other reactive oxygen species do not affect the recognition of ClO－. Fluorescence imaging experiments demonstrate that probe R-1 can detect ClO－ in human lung adenocarinoma （A549）cells and emit red fluorescence,indicating the potential application of R-1 in ClO－ biological imaging. © 2022, Science Press (China). All rights reserved.     

以苯并咪唑萘酰亚胺为荧光团高选择快速检测H2S的荧光探针

以1,8-萘二甲酸酐为起始原料合成一种萘酰亚胺衍生物3-叠氮基-7H-苯并[de]苯并[4,5]咪唑[2,1-a]异喹啉(DBNG),利用傅里叶变换红外光谱(FT-IR)和核磁共振波谱(NMR)等测试手段确定其结构,并将其作为小分子荧光探针用于检测H2S,系统研究了其荧光特性,结合理论计算,探究其可能的检测机制.结果表...     

Hadamard transform fluorescence image microscopy using one-dimensional movable mask

With a 511-slit one-dimensional (1D) Hadamard mask and a highly sensitive linear charge-coupled device (CCD), spatial multiplexing is performed and a programmable Hadamard transform (HT) microscopic fluorescence imaging system was developed. The system can generate 511×512 pixel format images for small samples. Sensitivity, signal to noise ratio, imaging speed and spatial resolution of this system were discussed. The results show that the system can be applied for single-cell imaging sensitively in a short time. Spatial resolution up to 0.24 μm/pixel, which is close to the resolution limit of the conventional optical microscope, has been obtained under oil lens. The weak native fluorescence imaging for pollen cells can be realized within 1 min. The system has been applied for multi-parameter evaluation of tumor malignancy based on nuclear DNA ploidy measurements for one breast tumor specimen. The result indicates that the system has good application prospect in cell biology and medicine.     

高荧光量子产率钕、氮双掺杂碳点用于柳氮磺吡啶检测及Hela细胞成像

以柠檬酸氢二铵、缓血酸铵和硝酸钕为起始原料,通过水热法合成了荧光量子产率为93.05%、发蓝色荧光的钕、氮双掺杂碳点（Nd,N-CDs）。采用透射电子显微镜（TEM）、粉末X射线衍射（XRD）、红外光谱（FT-IR）及X射线光电子能谱（XPS）等技术对Nd,N-CDs的形貌及表面结构进行了详细表征,采用紫外可见吸收光谱及荧光光谱考察了其光学性质和稳定性。结果显示,药物分子柳氮磺吡啶（SSZ）能够使Nd,N-CDs的荧光显著降低,而金属离子及另外4种药物分子没有明显效果。由此,建立了一种选择性检测SSZ的荧光检测方法,线性检测范围在0.1~50 μmol/L之间,检出限低至0.05 μmol/L。机理探讨表明,荧光猝灭主要涉及动态猝灭和荧光共振能量转移两种机制。所建立的分析方法能用于测定实际药片中的SSZ含量,回收率为98.1%~104.2%。此外,Nd,N-CDs表现出很好的生物相容性,能够作为荧光探针穿透细胞壁使细胞质染色,因不会进一步穿透进入细胞核,很好的避免了对细胞的深层次破坏。