基于智能化控制的高效活细胞成像技术

为提升活细胞功能研究的效率与准确性,显微成像平台研发了1款智能化控制精准加样系统。自主研发的加样系统具备远程自动化控制功能,能实现精准的药物定时定点添加。经研究和测试,该系统展现出卓越的通用性,能与常见的光学成像设备搭载使用,并能满足从短期到长期活细胞功能研究的各种实验要求。在活细胞连续成像的过程中,采用智能化与精准化的控制方法,可显著提升实验的准确性、稳定性和效率,尤其是能确保关键数据的完整性。该研究工作有效促进了细胞功能等关键科研领域的深入探索,成功增强了多台光学成像仪器的测试能力和应用价值,同时也推动了创新人才的成长和高标准科研平台的搭建。

髓过氧化物酶响应的荧光探针脂质体的制备及体外细胞成像研究

目的:制备髓过氧化物酶响应的鲁米诺-Cy5荧光探针脂质体,优化制备工艺,并探究体外细胞成像效果。方法:以卵磷脂、胆固醇以及胶原蛋白为脂质体原料,通过薄膜水合法制备鲁米诺-Cy5荧光探针脂质体,采用单因素分析和响应面实验优化制备工艺,同时采用经LPS刺激后出现炎症反应的RAW264.7小鼠巨噬细胞为模型,探寻髓过氧化物酶响应的荧光探针脂质体的细胞成像效果。结果:当鲁米诺∶Cy5质量比为2∶1、膜材比为4∶1、水合温度为40℃时,荧光探针脂质体包埋效果最好,鲁米诺包封率为57.26%、Cy5包封率为60.22%。鲁米诺-Cy5荧光探针脂质体平均粒径为205.01 nm,Zeta电位为-30.41 mV。细胞成像结果显示,在经LPS刺激后出现炎症反应RAW264.7小鼠巨噬细胞中,荧光探针脂质体中的鲁米诺能够响应髓过氧化物酶活性发出蓝色荧光,同时,该蓝色荧光能够激发荧光脂质体中Cy5在677 nm发出红色荧光,实现深层炎症细胞的成像检测。结论:鲁米诺-Cy5荧光探针脂质体在体外能够响应髓过氧化物酶,并能通过生物发光共振能量转移(bioluminescence resonance energy transfer,BRET)实现对深层炎症细胞的成像检测,在肿瘤、癫痫等导致的炎症反应的评价和治疗中具有一定的应用价值。

3种具有D-A-π-A构型化合物的合成及细胞成像研究

分别以三苯胺、咔唑、香豆素为构筑单元,设计合成了3种具有D-A-π-A构型的化合物A1、A2、A3,并通过质谱、红外、核磁共振氢谱和碳谱对3种化合物的结构进行了表征.结合理论计算,利用紫外可见吸收光谱和荧光发射光谱系统研究了化合物 A1、A2 和 A3 的光学性能.结果表明3种化合物的光学性质良好.MTT实验和激光共聚焦成像实验表明,3种化合物细胞毒性低,可用于细胞成像.

基于四苯乙烯的新型黄酮合成、AIE性质和细胞成像

四苯乙烯(TPE)是一个典型的聚集诱导发光(AIE)分子。本文基于TPE结构,以1,3-苯二酚为起始原料,合成了一个新的含TPE片段的黄酮化合物(TPF)并进行了结构鉴定,研究了TPF在不同溶剂和混合溶剂中的光谱学性质。结果显示:TPF在四氢呋喃和水的混合溶剂中,发光强度随含水体积的增加明显增强,含水体积为70%时荧光最强。结合理论计算发现:TPF分子为螺旋桨构型,使其在不良溶剂中发生聚集,使得分子运动受限从而导致荧光增强现象。体外细胞毒性测试结果表明:TPF对HepG2的毒性较低,在40μM浓度下细胞生存率仍高于85%。另外,TPF能够进入HepG2细胞并用于活细胞内荧光成像。因此TPF可以作为报告基团用于荧光探针的设计。

拉曼光谱在细胞成像中的研究进展

细胞成像在生命科学与药物研究中具有重要意义。拉曼光谱作为一种非破坏性的振动光谱技术,结合非标记或探针标记技术可对细胞不同组分进行成像。由于自发拉曼光谱信号较弱,运用有效的增强手段可提高细胞成像的时间与空间分辨率。该文综述了表面增强拉曼光谱(SERS)、相干拉曼光谱(CRS)、共振拉曼光谱(RRS)等拉曼增强方法在线粒体、溶酶体和内质网等细胞器成像中的研究进展,以及上述方法在蛋白质、脂质、糖类和核酸等重要细胞生物分子成像中的应用。此外,还讨论了标记技术中拉曼探针的化学结构、增强因子、检出限等因素对细胞成像的影响,并分析了当前细胞拉曼成像的发展趋势、存在的挑战和可能的解决方案。

新型水喷雾法制备PVP-PQDs@PS纳米微球及细胞成像

卤化铅钙钛矿量子点(PQDs)是一种高发光效率、超长载流子扩散距离、宽激发光谱、窄发射光谱且发射光谱可调的光学材料,目前在光电子器件领域具有应用前景.但因其水不稳定性和Pb生物毒性的固有缺陷,极大地限制了其在生物领域如细胞成像的应用.本实验,通过新型水喷雾法制备PVP-CsPbBr3 PQDs@PS纳米复合物.以聚乙烯吡咯烷酮(PVP)作为CsPbBr3 QDs的封端配体,后采用新型水喷雾法用聚苯乙烯(PS)对其进行包覆获得尺寸约为100 nm的纳米粒子.PVP-CsPbBr3 PQDs@PS具有高强绿色荧光、较窄半峰宽、高的水稳定性、紫外光辐照稳定性和低的生物毒性,已经成功应用于巨噬细胞Raw 264.7的成像.

两种荧光化合物的合成及细胞成像研究

以丙二腈、吡啶3甲醛和三氟甲烷磺酸甲酯为原料,合成了2种具有D-A-π-A构型的化合物AA1和AA2。研究了二者在不同极性溶剂中的光物理性质、细胞毒性及细胞成像性质。实验结果表明,这2种化合物的荧光强度较弱;与AA2相比,含有三苯胺基团的AA1具有较长的发射波长,且两者均具有较高的细胞存活率和良好的生物相容性,能较好地被细胞摄取。

荧光碳点对生物体液中姜黄素的检测及细胞成像

本文以廉价易得的橘皮和柠檬酸为原料,通过一步水热法合成荧光碳点(CDs)。对CDs的形貌、结构、元素组成和光学性能等进行了表征,考察了离子强度、光稳定性和储存时间对CDs的影响。所合成CDs为粒径约为4 nm的类球形结构,具有较好的稳定性。通过对CDs与姜黄素(CM)检测体系的选择性实验,发现常见的离子及氨基酸对CM的检测几乎无影响。基于CM对CDs选择性荧光猝灭的现象,构建了检测姜黄素的荧光探针。在最佳实验条件下,该探针对CM检测的线性范围为5~40μmol/L,检出限为9.7 nmol/L。探讨了CDs和CM作用机理,发现其主要是静态猝灭。该CDs应用于健康人体体液(血液、尿液)中微量CM的测定,其加标回收率为104.0%~115.0%。橘皮合成碳点可用于A549细胞进行成像,并表现出低细胞毒性。实验结果表明,该CDs在CM的分析检测以及细胞成像中具有较好的应用价值。

高稳定性黑米碳点的绿色合成及其细胞成像应用

以绿色廉价的黑米为碳源,采用简单的水热法一步合成了碳点(carbon dots,CDs)。所合成的CDs不仅对pH、NaCl溶液和温度变化不敏感,并且不受多种金属离子的影响,表现出优异的稳定性。同时,CDs在较短波长范围(410~470 nm)表现出激发不依赖的发射行为,在较长波长范围(470~510 nm)又表现出弱激发依赖的发射行为。由于其优异的荧光特性、稳定性和低毒性,我们将其应用于人口腔角质形成细胞(Hok)、宫颈癌细胞(Hela)和骨髓间充质干细胞(MC3T3)的体外成像。

一例喹喔啉酰腙荧光探针对锌离子的选择性高灵敏识别及细胞成像应用

通过缩合反应制备了一例席夫碱荧光探针2-喹喔啉甲醛缩2-吡啶酰肼(1),使用核磁共振氢谱和碳谱及质谱等手段表征了探针的结构。荧光光谱分析表明,探针1自身无荧光,而Zn^(2+)能够导致其在500 nm处出现强发射峰。该荧光增强能够在常见阳离子中选择性检测Zn^(2+),检测限低至0.16μmol·L^(-1)。通过核磁、质谱和紫外等手段推测了探针1与Zn^(2+)可能的配位模式。通过单晶X射线衍射解析了1-Zn^(2+)配合物的晶体结构,进一步确认了探针的配位行为。1-Zn^(2+)晶体中探针分别采取ONN和NN配位模式螯合2个Zn^(2+),并由桥联CH3O-和Cl-连接形成一维链状结构。此外,该探针还可用于活细胞中Zn^(2+)的检测。

氮掺杂荧光碳点用于Co^(2+)的超灵敏检测及细胞成像

首次以金银花和乙二胺为原料,通过水热法合成出性能优异的氮掺杂碳点(N-CDs)。制备的N-CDs具有丰富的官能团、良好的水溶性、低细胞毒性、高的荧光稳定性和良好的生物相容性。在最佳条件下,N-CDs能够高选择性地检出Co2+,N-CDs的荧光强度在0.5~3.6 nmol·L^(-1)范围内被Co^(2+)线性猝灭,检出限低至1.38 nmol·L^(-1),其猝灭机制属于内滤效应和静态猝灭。该方法也已成功应用于实际样品的精确分析。此外,N-CDs还可用于细胞成像及细胞内Co^(2+)传感。

基于快速响应的红色ONOO^(-)荧光探针及其细胞成像

过氧亚硝酸盐(ONOO^(-))是机体内一种重要的活性氧物质,在众多生理和病理功能中扮演重要的角色。红色荧光探针具有背景荧光小、光毒性低和组织穿透性好等特点,在生物分析与成像方面具有明显优势。基于此,合成了一种红色ONOO^(-)荧光探针HBSCN。在与ONOO^(-)反应后,探针溶液迅速由无色变成红色,且展现出明显的荧光增强信号。通过高分辨质谱,证实该过程与探针中C=C氧化断裂有关。在PBS缓冲溶液(V(DMF)∶V(H 2O)=1∶9,pH 7.4)中,探针HBSCN在649 nm处的荧光强度与0~20μmol/L的ONOO^(-)表现出良好的线性关系,检测下限为73 nmol/L。此外,该探针能够在生理pH下快速地检测ONOO^(-),且对ONOO^(-)具有较大的Stokes位移和较高的选择性。同时HBSCN能够用于活细胞内ONOO^(-)成像,表明其潜在的生物应用价值。

吲哚结构的荧光探针在粘度检测及细胞成像中的应用

该文以1,2,3,3-四甲基-3H-吲哚鎓碘化物为电子受体,吲哚为电子供体,通过一步反应合成了一种D-π-A结构的新型荧光探针(1),并用于药物诱导的细胞中粘度变化的检测。采用核磁氢谱(1H NMR)、核磁碳谱(13C NMR)、高分辨质谱(ESI-MS)和红外光谱(IR)对探针进行表征,通过荧光光谱考察了探针光学性质及响应粘度(η)的可行性。在不同比例(g∶g)水-甘油体系中,探针的荧光强度(I)随着甘油比例的增大逐渐增强,当甘油比例为90%时,探针荧光强度约增强100倍。Förster-Hoffmann方程分析结果显示,lgI与lgη具有较好的线性关系(r^(2)=0.9980),探针对粘度的检出限为1.167 cP。同时该探针对粘度具有较好的选择特异性、光稳定性和pH值稳定性。将探针与经鱼藤酮或羰基氰化氯苯腙(CCCP)刺激的HeLa细胞共孵育30 min,细胞荧光亮度明显增强,表明探针具有较好的生物相容性,可以对细胞微环境中粘度的变化进行有效响应。所制备的探针具有稳定性好、特异性强、生物相容性好的优点,具有一定的生物应用潜质。

一种D-π-A构型的三苯胺衍生物的合成及细胞成像应用

以三苯胺和吲哚作为原料,设计合成了一种具有D-π-A构型的三苯胺衍生物L,借助核磁共振氢谱、碳谱、红外光谱和质谱对化合物L的结构进行了表征。结合理论计算,探究了化合物L的光学性质以及对外部干扰因素的稳定性,结果表明化合物L对常见氨基酸和离子具有良好的抗干扰能力。细胞毒性实验和激光共聚焦显微成像实验结果表明化合物L具有较低的细胞毒性和良好的生物相容性,能着色于细胞的细胞质部位。

氮掺杂碳量子点的合成、表征及其在细胞成像中的应用

以葡萄糖和甘氨酸为混合碳源,在较低温度下经水热法一步合成了氮掺杂的荧光碳量子点(N-CQDs),然后对氮掺杂碳量子点的形貌、结构、组成、光学性质和细胞毒性进行了表征,最后将其应用于细胞成像。实验结果表明,对碳量子点进行氮掺杂能有效提高其荧光量子产率,其荧光增强是由于表面形成了大量强供电子基团,当葡萄糖和甘氨酸的质量比为2∶1时能获得最高为6.57%荧光量子产率。氮掺杂碳量子点还具有水溶性好、粒度均匀、优异的光致发光性质、低的细胞毒性、多波长成像等诸多优点,有望作为荧光探针应用于细胞成像等领域。

柠檬酸荧光碳点的合成及其在Fe(Ⅲ)检测和细胞成像中的应用

以柠檬酸为原料,采用一步水热法合成荧光碳点。所合成的荧光碳点在310nm激发波长下的荧光量子产率为5.3%,发射光谱随着激发波长红移而红移。透射电镜（TEM）表征显示荧光碳点在水溶液中分布均匀,平均粒径为2.9nm。红外（IR）光谱和Zeta电位结果表明碳点表面有羧基和羟基等活性官能团。Fe（Ⅲ）对这些荧光碳点表现出选择性猝灭效果,这种现象可以用于Fe（Ⅲ）检测。在10mmol/L的HEPES缓冲溶液（pH=7.0）中,荧光碳点的荧光强度随着Fe（Ⅲ）浓度的增加逐渐衰减。该方法对Fe（Ⅲ）测定的线性范围为100~500μmol/L,检出限为112.5nmol/L。细胞成像结果表明,柠檬酸的碳点可进入到B16-F10细胞内,并在405nm和488nm激光照射下发出不同颜色的荧光。以上结果表明该碳点在Fe（Ⅲ）检测和细胞成像方面有潜在应用价值。

破骨细胞血系起源的活细胞成像观察

目的:采用活细胞成像技术,观察血系单核细胞诱导形成破骨细胞的全过程,旨在进一步阐明破骨细胞血系起源的发生及其细胞动力学。方法:取成年SPF级纯种雄性SD大鼠1只,体重280 g,腹主动脉采血8 ml,经密度梯度离心分离单个核细胞,在RANKL与M-CSF诱导下,分为倒置相差显微镜观察组、抗酒石酸酸性磷酸酶染色组、噬骨试验扫描电镜观察组、活细胞成像组4组进行培养。倒置相差显微镜观察组从培养开始,在数字显微成像系统下,每天观察记录1次;抗酒石酸酸性磷酸酶染色组培养21 d作酶活性染色鉴定;噬骨试验扫描电镜观察组培养21 d取出骨磨片作扫描电镜观察;活细胞成像组采用多点位缩时电影法对整个培养过程进行长达35 d的连续观察记录。结果:诱导培养2周后,倒置相差显微镜观察可见大量多核细胞形成,外形呈圆形、梭形、扇形、椭圆形及不规则突起状;抗酒石酸酸性磷酸酶染色绝大部分多核细胞与单核细胞均呈阳性反应;骨磨片扫描电镜观察可见较多骨吸收陷窝、坑洼及沟道,还有位于陷窝及沟道内正在行使骨吸收功能的破骨细胞;活细胞成像观察到起源于周围血的多核破骨细胞是由单核细胞、单核细胞与多核细胞及多核细胞之间相互融合而成,其细胞间的融合均发生在贴壁状态,显微缩时电影观察显示破骨细胞形态表现复杂多变。结论:大鼠周围血单核细胞在RANKL和M-CSF诱导下,可以向破骨细胞分化,形成具有骨吸收功能的多核破骨细胞。破骨细胞的形成是发生在贴壁状态下多种形式的细胞融合过程,破骨细胞的粘附特性对其存活及功能发挥至关重要。破骨细胞具有吞噬功能,其形态结构动态多变。破骨细胞不仅是一种多核细胞,还可能包括单核破骨细胞。破骨细胞通过融合形成多核巨细胞的特性,可能是其适应功能需求与骨吸收效率的一种特殊生物学行为。实验结果进一步证实了破骨细胞的血系起源学说,并为深入阐明破骨细胞的细胞动力学与细胞生物学特性提供了新的实验研究依据。

高荧光量子产率碳点的制备并用于Cu2+灵敏检测、荧光绘画和细胞成像（英文）

随着科学技术的进步,荧光碳质材料越来越多受到人们的关注。具有高荧光量子产率碳点的研制对其在荧光传感等应用具有重要意义。本文以柠檬酸铵和三乙基四胺为原料,采用一步微波法制备了一种低成本、绿色环保、荧光量子产率高(29.83%)的水溶性荧光碳点(N-CDs),并对N-CDs的结构和光学性能进行了表征。N-CDs具有高荧光、良好的生物相容性和光学稳定性。与其它已报道的碳点纳米材料相比,N-CDs具有更加突出的光学性质以及对Cu^2+高选择、高敏感的检测,即合成的N-CDs的荧光强度能够被Cu^2+猝灭且在0.01~11μM存在良好的线性,对Cu2+的检出限为4.5nM(S/N=3),进一步应用到实际水样中Cu2+含量的测定。此外,合成的N-CDs还可用于绘制荧光图案。最后,将强发光、低毒的N-CDs应用于活细胞(SMMC-7721)的荧光图像和细胞中监测Cu^2+的存在,表明合成的N-CDs具有广阔的应用前景。

用于细胞成像的双氰基二苯代乙烯衍生物双光子荧光银离子探针

双光子荧光显微成像兼具诸如近红外激发、暗场成像、避免荧光漂白和光致毒、定靶激发、高横向分辨率与纵向分辨率、降低生物组织吸光系数及降低组织自发荧光干扰等特点,显著地优于单光子荧光显微成像,为生命科学研究提供了更为便利的工具。因此双光子荧光探针适合于生物检测与成像。制备了衍生于二苯代乙烯的双光子荧光银离子探针,此探针以拥有异常大的双光子吸收截面(δTPA)的4-甲基-2,5-二氰基-4'-氨基二苯乙烯(DCS)作为双光子荧光母体,以6-芳基-3,9-二硫-6-氮杂癸烷(TAU)为Ag+配体。探针显示了大的δTPA(在Me CN中,950 GM)、对银离子有高的灵敏性与选择性、强的双光子荧光(790 nm激光激发时)。探针的络合常数为lg K=5.76±0.05。探针能选择性地检测和成像活细胞中的游离Ag+,可用于细胞中微量Ag+的分析检测与成像。此探针为开发理想的双光子荧光探针提供了可供借鉴的平台。

PEG接枝氧化石墨烯的制备与细胞成像

通过酯化反应将不同分子量的聚乙二醇(PEG)接枝到氧化石墨烯(GO)表面,得到系列GO-PEG。利用傅里叶变换红外光谱(FTIR)、拉曼光谱(Raman)、扫描电子显微镜(SEM)对GO-PEG的结构和形貌进行了表征,用热重分析(TGA)测定了GO-PEG中PEG的接枝量。SEM结果表明GO-PEG的剥离程度高于GO。GO-PEG在磷酸盐缓冲溶液中具有良好的分散稳定性,稳定性与接枝量呈正相关。GO-PEG通过非共价键合作用对荧光素(Flu)的负载量可达1.75 mg·mg-1,且负载量受接枝量影响;另外,GO-PEG对Flu的释放行为具有pH值触发药物释放性能。将接枝PEG的端羟基与Flu共价键合,所得GO-PEG6000-Flu荧光探针实现了对HepG2细胞的成像。