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为生物成像开发的挠性纳米石墨烯

文章出处:未知 责任编辑:香港hpv疫苗 作者:香港hpv疫苗 发表时间:2018-02-23 11:14
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一个由国际科学家组成的团队开发了一种水溶性“扭曲的纳米石墨烯”,这是一种灵活的分子,具有生物相容性,并且具有荧光细胞成像的前景。当暴露于蓝色激光时,新的纳米石墨烯分子也诱导细胞死亡。需要进一步研究以确定纳米碳如何用于一系列生物应用,例如癌症治疗的光动力疗法。

名古屋大学和波士顿学院的一群化学家和生物学家成功地首次合成了一种水溶性翘曲纳米石墨烯分子。最近在Angewandte Chemie International Edition杂志上描述的这种新分子扩展了纳米碳的生物应用,包括癌细胞成像和可能的根除。

Nanographenes是纳米级碳分子,具有独特的电子,光学和机械性能,被认为是用于电子和生物医学目的的有前景的材料。然而,纳米二氧化碳的扁平结构导致在溶剂中的堆积和聚集,使其难以溶解在各种溶剂中,并因此引起生物应用的复杂化。

2013年,日本JST-ERATO伊丹分子纳米碳项目主任Kenichiro Itami教授和名古屋大学转化生物分子研究所(ITbM)及其同事合成了一种具有马鞍形结构的翘曲纳米石墨烯分子。分子26石墨烯环的独特组织可防止聚集,使其可溶于大多数常见的有机溶剂。而且,当用紫外光或蓝光照射时它呈现绿色荧光。

Itami说:“我们成功地合成了扭曲的纳米石墨烯分子,我们非常兴奋,我们有兴趣将其用于生物应用,我们通过在分子中添加水溶性官能团来实现这一目标。”

在最新的研究中,伊丹的小组解释了他们是如何开发出一条直线路线来使翘曲的纳米油墨溶于水的。首先,它们通过铱催化的CH硼化反应用硼部分取代了五个氢原子。然后将硼取代的翘曲的纳米石墨烯与称为芳基卤化物的含有水溶性链的化合物混合。钯催化的Suzuki-Miyaura偶联反应导致水溶性链连接到纳米石墨烯分子的边缘,使其可溶于水和其他有机溶剂。这种方法也可以用于安装其他功能组以翘曲的纳米石墨烯以轻松调整其性能。

该小组检查了水溶性翘曲纳米石墨烯的荧光特性。他们发现,在紫外线下,分子在溶解于水中时发出黄色荧光,而在普通有机溶剂二氯甲烷中混合时发出绿色荧光。新型纳米石墨烯显示出高耐光性,这意味着其暴露在光线下时其性能不会改变。相反,荧光的颜色根据它们溶解的溶剂的极性而改变。

接下来,Itami的团队与ITbM的生物学家合作,测试新分子是否可以染色活细胞进行荧光细胞成像。他们用广泛用于研究的宫颈癌细胞株水溶性翘曲纳米石墨烯溶液处理HeLa细胞。显微镜观察显示细胞在几个小时内吸收了分子,并积累在溶酶体中,这是细胞中发现的细胞器。细胞活力没有随时间显着变化,表明水溶性翘曲纳米石墨烯具有低细胞毒性,并且可以用作HeLa细胞的荧光染料。

但是,在某些情况下,分子可能会致命。当处理的HeLa细胞用蓝色激光照射时,30分钟后它们表现出细胞死亡。未处理的HeLa细胞没有。

Itami说:“虽然我们新的扭曲纳米石墨烯对HeLa细胞具有低毒性,但是我们惊讶地发现,在将光照射到用新纳米石墨烯染色的细胞上时观察到细胞死亡。”

这种细胞死亡如何发生的具体机制尚不清楚,但该小组推测,在照射过程中产生有毒的单线态氧分子,并导致细胞死亡。已知几种其他化合物引起光诱导的细胞死亡,但仍然需要发现能够吸收更长波长的分子以安全地用于治疗深部组织中的癌细胞。研究人员设想,他们的方法来功能化和调整扭曲纳米油炸药可能会导致生物相容性分子吸收不同波长的辐射。

Itami说:“我们成功地合成了一种水溶性翘曲的纳米石墨烯,显示出荧光,良好的光稳定性和低细胞毒性,这使得它成为生物成像领域的前景。” “这一成就是一个很好的例子,展示了我们研究所正在进行的化学和生物学之间的广泛合作,希望通过进一步的跨学科合作,我们的分子可以进一步开发用于各种生物应用。”

这项研究的结果不仅证明了纳米碳在生物学应用中的力量,而且显示了合成化学和生物学之间有益的协同作用。

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