Chiraal nanocomposiet voor zeer selectieve dual-mode sensing en bioimaging van waterstofsulfide

Met de voortdurende ontwikkeling van nanotechnologie zijn er meer kunstmatige chirale nanomaterialen geconstrueerd. Als een van de meest representatieve optische eigenschappen van deze chirale nanomaterialen is circulair dichroïsme (CD) een krachtige sensortechnologie. Vergeleken met andere analytische methoden heeft CD-signaal een hogere gevoeligheid, maar het kan geen in-situ-beeldvorming in vivo bereiken.

Wetenschappers zijn erin geslaagd om chirale nanocomposieten te bereiden met meer diverse biologische functionele eigenschappen om dit tekort te compenseren. Sommige chirale nanocomposieten die zijn samengesteld door elektrostatische adsorptie of andere methoden, worden echter gemakkelijk gedissocieerd en vernietigd in complexe fysiologische omgevingen, wat resulteert in prestatieafwijkingen.

Bovendien is het voor sommige nanocomposieten moeilijk om interferenties met eigenschappen die vergelijkbaar zijn met de analyt te onderscheiden, wat resulteert in slechte detectieselectiviteit. Daarom is het nog steeds een uitdagende taak om chirale composiet nanomaterialen te ontwikkelen met een stabiele structuur en uitstekende eigenschappen om te voldoen aan de behoeften van biomedische diagnose en detectie.

In een krant gepubliceerd in Licht: wetenschap en toepassingeneen team van wetenschappers, onder leiding van professor Geyu Lu van het State Key Laboratory of Integrated Optoelectronics, College of Electronic Science and Engineering, Jilin University, China en collega’s hebben een UCNPs/Cu ontwikkeld_XOS@ZIF nanocomposiet-sonde gebruikt voor in vitro UCL/CD dual-mode sensing voor H₂S en in vivo beeldvorming.

In deze sonde worden upconversie-nanodeeltjes (UCNP’s) en chiraal Cu_XOS-nanodeeltjes zijn ingekapseld in zeolitisch imidazolaat-raamwerk-8 (ZIF-8).

De reductie van Cu_XOS door H₂S leidt tot veranderingen in Cu_XOS-absorptie en CD-signaal, wat de verandering in UCL- en CD-signalen van de sonde mogelijk maakt. UCL/CD-dual-mode-detectie voor H₂S werd in vitro gerealiseerd.

Tegelijkertijd maken UCNP’s in situ-imaging van levende muizen met tumoren mogelijk. De constructie van UCNP’s/Cu_XOS@ZIF dual-mode nanoprobes maken chirale detectie tot een voordeliger hulpmiddel bij biologische detectie en bieden een nieuw idee voor de toepassing van multifunctionele chirale nanomaterialen in de biomedische sector.

UCNP’s/Cu_XOS@ZIF kan als een ontworpen chiraal nanocomposiet effectief de invloed van interferentie in de detectieomgeving elimineren en een zeer selectieve detectie voor H bereiken₂S. De wetenschappers vatten het ‘selectie’-proces van de sonde voor H samen₂S:

“De realisatie van deze ‘selectie’ komt feitelijk voort uit ZIF-8, dat we hebben ontworpen als een inkapselingsmantel voor het gehele nanocomposiet. Niet alleen om het composiet te stabiliseren, maar nog belangrijker, om de unieke poriestructuur ervan te gebruiken zodat het kan functioneren als een gasmoleculaire zeef.”

“Kortom, H₂S-moleculen dringen gemakkelijk door tot in de binnenkant van ZIF-8, terwijl andere moleculen van buitenaf worden geïsoleerd. Hierdoor worden enkele veelvoorkomende moleculaire invloeden op de detectie van probes tot op zekere hoogte opgelost.”

“Zonder de inkapseling van ZIF-8 kunnen reductieve stoffen zoals L-Cys, L-Lys en GSH ook de UCL- en CD-signalen van de sonde veranderen, en dit effect is uiterst ongunstig voor de evaluatie van de sensorprestaties van de sonde”, voegden ze toe.

“Het assemblage-idee dat in deze nanocomposietsonde wordt gebruikt, kan worden toegepast op de assemblage van andere soorten composiet. Zolang het ontwerp redelijk is, kunnen er meer gediversifieerde multifunctionele chirale composieten worden bereid, waardoor er meer mogelijkheden ontstaan ​​voor de toepassing van chiraliteit op het gebied van biosensoren, bio-imaging en biotherapie”, voorspellen de wetenschappers.