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如何實現(xiàn)毫秒級長壽命發(fā)光,?山大新成果告訴你,!|前沿用戶報道
編輯:chen
2014年山東大學(xué)宋鋒玲教授團隊曾開發(fā)出一款TADF熒光染料,,由于解決了一般染料疏水性問題,因此被廣泛用于生物成像,,尤其是活細(xì)胞的時間分辨熒光成像中,。
但這種一代TADF染料(Ⅰ)的發(fā)光信號,在大氣和水環(huán)境中很容易被氧氣和水猝滅,,導(dǎo)致成像信號強度發(fā)生損失,,這一點也成為宋教授團隊一直以來的攻克重點。
近日,,好消息傳來,,宋教授團隊巧妙采用納米封裝法對一代TADF染料進行升級,成功制備出新型熒光材料——TADF染料 Ⅱ,,解決了信號猝滅問題,。讓我們跟隨課題組看看研究是如何進行的~
納米封裝法助力TADF染料華麗升級
納米封裝法其實是一個常規(guī)方法,即通過對熒光染料分子進行包裹,,從而隔絕氧氣,。但在本研究中,宋教授團隊別出新意,,他們在包裹時進行了特殊處理,,終得到不一樣的結(jié)果:
首先,研究人員制備出TADF染料分子Ⅰ,。
接著,,將TADF染料Ⅰ共價錨定在SiO2納米顆粒內(nèi)部。
不同之處就在這里,,研究人員終選擇錨定在內(nèi)部而非外部,,因為經(jīng)過多次實驗,他們發(fā)現(xiàn):將TADF染料Ⅰ錨定在外部時,,信號依舊猝滅,;相反,錨定在內(nèi)部卻能解決這一問題,。
終,,研究人員基于上述方法,制備出一種新型熒光材料——TADF染料Ⅱ(研究人員將之命名為NP-2),, 從而實現(xiàn)毫秒級的發(fā)光壽命,。
Tips: 之所以會選擇SiO2納米顆粒來封裝TADF染料,一來是因為SiO2比較常見,,二來因為其性質(zhì)穩(wěn)定,、價格便宜,但重要的是SiO2作為親水性化合物,,生物相溶性也非常好,。
圖1 制備NP-2納米粒子的示意圖
制備染料分子DCF-BYT(TADF染料Ⅰ),得到封裝前驅(qū)體
DCP-BYT-SI,,對其進行內(nèi)部封裝,,終得到NP-2
那么,問題來了,,研究人員是如何驗證“TADF染料Ⅱ不會被氧氣和水猝滅”的呢,?別急,讓我們一起看看宋教授團隊的驗證過程,。
那么,,問題來了,研究人員是如何驗證“TADF染料Ⅱ不會被氧氣和水猝滅”的呢,?別急,,讓我們一起看看宋教授團隊的驗證過程。
驚艷,!毫秒級發(fā)光壽命令人興奮,!
首先,他們使用DeltaFlex熒光光譜儀,,測試NP-2(即升級后的熒光材料)在PBS鹽溶液中的熒光壽命,。
之所以采用DeltaFlex熒光光譜儀,,是因為它采樣便捷,,信號采集速度快,且能夠滿足ps~s的壽命范圍測試,,搭配不同檢測器,,可覆蓋230~1700nm波長范圍,,能夠滿足本次實驗要求,。
經(jīng)過測試,研究人員發(fā)現(xiàn):無論是在大氣還是氮氣下,,PBS鹽溶液中的NP-2,其熒光延遲壽命都保持在毫秒級,,可見NP-2的發(fā)光信號并未被O2猝滅。
圖2 PBS緩沖液中NP-2的熒光壽命衰減曲線
c為空氣中,,d為 N2中,,NP-2發(fā)光壽命
都保持在毫秒級(橫坐標(biāo))
接著,,宋教授團隊又進一步檢測NP-2在大氣水環(huán)境中的發(fā)光壽命,發(fā)現(xiàn)NP-2依舊能夠獲得9.33 ms的毫秒級超長發(fā)光壽命,。
以上都說明:封裝納米法制得的新型TADF染料Ⅱ——NP-2,,能夠有效避免水和氧氣對發(fā)射信號的猝滅,并獲得毫秒級的超長發(fā)光壽命,。
升級,!TADF染料Ⅱ或成生物成像新寵
不僅是超長的發(fā)光壽命,宋教授團隊在一系列的表征中還發(fā)現(xiàn),,NP-2具備多種優(yōu)勢,使其在生物細(xì)胞成像領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景,。
首先NP-2熒光納米顆粒細(xì)胞毒性比較低,,生物相溶性良好。圖3為NP-2進行染色后的細(xì)胞,,紅色部分為細(xì)胞質(zhì),。我們能看出,NP-2作為一種小的親水的SiO2納米顆粒,,很好的完成了對細(xì)胞質(zhì)的染色,,足以說明它的細(xì)胞活性良好,這為生物成像奠定了基礎(chǔ),。
圖3 細(xì)胞被NP-2染色后的共聚焦成像圖
其次,,NP-2熒光材料的生物成像效果也非常理想。宋教授團隊對NP-2進行了熒光壽命成像(圖4),,通過右圖我們可以清楚地看到染料在細(xì)胞不同位置的分布,。
由此,基于以上的表征實驗,,研究人員驗證了NP-2在活細(xì)胞的時間分辨熒光成像領(lǐng)域應(yīng)用的光明前景,,也為細(xì)胞生物學(xué)和臨床應(yīng)用開辟了新的可能性。
圖4 NP-2在HeLa細(xì)胞的體外時間分辨熒光成像(FLIM)圖
科研創(chuàng)新永無止境,,但是很多創(chuàng)新與發(fā)明與其說是全新產(chǎn)物不如說是迭代產(chǎn)物,,正如本研究中發(fā)現(xiàn)的TADF染料Ⅱ,就是在一代染料基礎(chǔ)上的升級改良,。
這種科研思路的妙處是問題明確,,目標(biāo)篤定、節(jié)省時間,。不僅科研領(lǐng)域,,在其他領(lǐng)域以及生活中,我們都需要有這樣的思維方式來推陳出新以達到萬象更新,怎么樣,,奮斗中的小伙伴,,是不是豁然開朗了?
文章作者&論文原文
宋教授團隊的這項工作近期在線發(fā)表于Chemical Communications感興趣的同學(xué)可以自行去查看學(xué)習(xí)更詳細(xì)的內(nèi)容,。
題目&雜志:Achieving long-lived thermally activated delayed fluorescence in the atmospheric aqueous environment by nano-encapsulation. Chem. Commun., 2019,55, 14522-14525
作者:Yingnan Wu, Long Jiao, Fengling Song, Miaomiao Chen, Dapeng Liu, Wei Yang, Yuming Sun, Gaobo Hong, Lingge Liu and Xiaojun Peng.
作者:吳鎣男博士生,、焦龍博士生
通訊作者:宋鋒玲教授、劉大鵬博士
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