第一作者：Zongyan Quanong>

通讯作者：Lei Wang, Hongxiang Zhu, Hui He

通讯单位：广西大学，广西清洁制浆造纸与污染控制重点实验室

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。本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纳米碳纳米管具有较高的羧基密度和针状和棒状结构，足以解决金纳米团簇容易聚集和不稳定性的问题。利用变色龙在环境刺激下改变颜色，制备的比率荧光探针具有良好的稳定性、高灵敏度和选择性，并能长期存储。有趣的是，在hROS的存在下，该探针的荧光由蓝色变为黄色，对ClO、ONOO和OH的检出限分别为0.97、0.87和0.79 μmol/L。随后应用于活细胞和斑马鱼中hROS的直接荧光成像显示了令人满意的灵敏度。这些结果表明CNC稳定的金纳米团簇在生物系统中实际应用的有效性。

要点一：

比率探针各成分的作用：

1） 纤维素纳米晶体：

a. 具有较高的羧酸密度和棒状结构，足已解决金纳米团簇容易聚集和不稳定的问题。

b. 体积小，能够在水中形成纳米级整体，从而形成颗粒间氢键，促进网络的形成，防止聚集。

2） 金属纳米团簇作为探针本身的荧光来源，且在此过程中稳定性得到的足够的保证。

3） 邻苯二胺：其本身是没有荧光的，在与ROS结合后会被氧化成带荧光的物质。

要点二：

双发射比率荧光探针具有校准功能，可以避免外部环境的干扰，同时保持搞得灵敏度和选择性。

图1： CNC@GNCs RFP的制备和应用。

图2：CNC的特性描述和CNC@GNCs。(a) CNC的C1s谱解卷积峰。(b) CNC的形态和(c)尺寸分布。(d) CNC@GNCs上GNCs的分布，(e)形态，(f)和粒度分布。(g) CNC@GNCs的Au 4f和(h) O 1s XPS光谱。(h)金纳米粒子和CNC@GNCs的荧光光谱。(i) CNC@GNCs(插图)的荧光稳定性。

图3: CNC@GNCs和o-PD的荧光反应。(a) CNC@GNCs和o-PD的激发和发射光谱。(b) CNC@GNCs对不同浓度ClO^-的荧光反应。(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hROS体外选择性的研究。(a) CNC@GNCs RFP对不同浓度hROS (ClO^-)的荧光响应。(b)不同浓度ClO^-.检测时CNC@GNCs RFP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(图为响应图)。CNC@GNCs (d)、o-PD (e)和CNC@GNCs RFP (f)对各种物质(空白、Na⁺、Ca²⁺、Zn²⁺、Fe³⁺、NO_3^-、Cys、Asp、Trp、Gln、Glu、Gly、His、GSH、BSA、H₂O₂、O₂、ClO^-.、ONOO、OH^.)的荧光响应。

图5：CNC@GNCs和CNC@GNCs RFP对细胞的细胞毒性评估。生活/死细胞染色合并的共焦显微镜图像CNC@GNCs HepG2细胞与不同浓度CNC@GNCs RFP (a, b)和L929细胞(c, d)。细胞的活性CNC@GNCs (e)和CNC@GNCs RFP (f)和L929细胞HepG2细胞(CNC@GNCs浓度:0,150,200,250μ摩尔/毫升;CNC@GNCs RFP浓度:1当量= 100 μmol/mL CNC@GNCs和0.5 mmol/L o-PD)。(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) HepG2细胞经CNC@GNCs RFP处理后，加入ClO^-.。(c)用ClO^-和NAC处理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。比例尺:50 μm。

图7：CNC@GNCs RFP在体内对hROS的选择性。不同条件下培养的斑马鱼的荧光图像。(a) CNC@GNCs RFP模拟检测斑马鱼体内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。激发= 405 nm。比例尺:500 μm。

图8：检测hROS的CNC@GNCs RFP示意图。

参考文献

Quan, Z.; Xue, F.; Li, H.; Chen, Z.; Wang, L.; Zhu, H.; Pang, C.; He, H., 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.