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针对生物成像开发的柔性纳米石墨烯

2018-03-02 16:59:36【

他们用一种水溶性的扭曲纳米石墨烯溶液处理了HeLa细胞(一种广泛用于研究的宫颈癌细胞)。未经处理的HeLa细胞则没有该情况发生。最近在“应用化学国际版”(AngewandteChemieInternationalEdition)中描述的这种新型分子扩展了纳米碳在生物方面的应用,包括癌细胞成像甚至根除。因此需要进一步研究以确定纳米碳如何应用于一系列生物相关应用,比如癌症治疗的光动力治疗。图片来源:由名古屋大学扭曲生物分子研究所(WPI-ITbM)提供


这种细胞死亡的具体机制尚不清楚,但该小组推测,在照射过程中会产生一种导致细胞死亡的有毒单氧分子。

名古屋大学和波士顿学院的一组化学家和生物学家已成功地首次合成水溶性扭曲纳米分子。例如,当治疗的HeLa细胞被蓝色激光照射后,30分钟后就会显示细胞死亡。随着时间推移,细胞存活率没有显著变化,证明水溶性的扭曲纳米石墨烯具有较低的细胞毒性,可以作为HeLa细胞的荧光染色剂。相反,荧光颜色会根据溶解溶剂的极性变化而变化。新一代的纳米石墨烯具有很高的光稳定性,这意味着其性质在光照下不会发生显著变化。”

接下来,Itami的团队与ITbM的生物学家进行合作,对新分子是否能将活细胞染色,并应用于荧光细胞成像进行了测试。Itami说:“虽然我们新一代的扭曲纳米石墨烯对HeLa细胞的毒性很低,但我们惊讶地发现,当光照射到新的纳米石墨烯上的细胞上时可观察到细胞死亡现象发生。

在最近的一项研究中,Itami的工作小组解释了他们是如何开发出使弯曲的纳米线成为水溶性的简单方法。

一支由国际科学家组成的团队研发出了一种水溶性“扭曲纳米石墨烯”,这是一种灵活的分子,具有生物相容性的同时,显示出在荧光细胞成像方面的应用前景。

研究小组研究了水溶性扭曲纳米石墨烯的荧光性质。

一种新的水溶性扭曲纳米石墨烯。他们发现,在紫外线照射下,这种纳米石墨烯溶解于水中时,分子会发出黄色荧光,而在普通有机溶剂二氯甲烷中呈现绿色荧光。首先,他们通过一种铱催化的C-H硼化反应用5个硼原子取代了氢原子。一种钯催化的Suzuki-Miyaura耦合反应使水溶性链附着在纳米分子边缘,使其溶于水和其他有机溶剂。

然而,这种分子在某些情况下也会变得致命。

本研究结果不仅证明了纳米碳化物对生物应用的影响,而且还表明了合成化学与生物学之间的协同效应。之后将硼取代的扭曲纳米石墨烯带与一种含有水溶性链的称为芳基卤化物的化合物混合。这种方法也可以在扭曲纳米石墨烯上引入其他官能团,来使其性能易于进行调整。研究人员设想,他们的功能和调谐扭曲纳米石墨烯的方法可能会导致生物相容分子吸收不同波长的辐照。显微镜观察显示,细胞在几个小时内吸收了该分子,并在溶酶体中进行积累,溶酶体是细胞中的细胞器。已知的其他几种化合物会发生光诱导细胞死亡,但仍需要发现能够吸收较长波长的分子,以安全地用于治疗深层组织中的癌细胞。而当细胞暴露于蓝色激光时,这种新石墨烯分子会诱导其死亡。


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