朱俊杰教授研究團(tuán)隊(duì)實(shí)現(xiàn)對(duì)細(xì)胞內(nèi)單個(gè)光熱療納米探針的高精準(zhǔn)溫控
最近我院朱俊杰教授研究團(tuán)隊(duì)實(shí)現(xiàn)了對(duì)細(xì)胞內(nèi)單個(gè)光熱療納米探針的高精準(zhǔn)溫控。基于TIRF顯微鏡技術(shù)，他們研制了一款配備有雙色激光光片作為入射光源的時(shí)空分辨暗場(chǎng)顯微鏡，可以在毫秒級(jí)尺度下實(shí)現(xiàn)對(duì)多個(gè)納米顆粒表面等離子共振散射波長(zhǎng)的瞬態(tài)分析，并將其用于細(xì)胞內(nèi)光熱探針的時(shí)空分辨分析。相關(guān)成果“Imaging the transient heat generation of individual nanostructures with a mechanoresponsive polymer“于11月14日在線發(fā)表于Nature Communications（https://www.nature.com/articles/s41467-017-01614-0）。我院博士研究生陳學(xué)勤、碩士研究生夏青為該工作的共同第一作者，陳洪淵院士對(duì)該工作的設(shè)計(jì)和完成進(jìn)行了重要的指導(dǎo)，陳子軒副研究員和朱俊杰教授為該工作的共同通訊作者，張劍榮教授、閔乾昊副教授及曹越同學(xué)也對(duì)該工作做出了重要貢獻(xiàn)。該工作得到了國(guó)家自然科學(xué)基金委儀器項(xiàng)目（21427807，21327902）和重點(diǎn)項(xiàng)目（21335504）等課題的支持。
精準(zhǔn)測(cè)量瞬態(tài)的局部熱對(duì)發(fā)展光熱療納米探針、可控藥物遞送、光機(jī)械以及生物過(guò)程工程學(xué)有著重大的意義。然而時(shí)空分辨精準(zhǔn)溫度測(cè)量至今仍是一項(xiàng)艱巨的挑戰(zhàn)。聚乙丙烯酰胺pNIPAAm是一種對(duì)溫度敏感并能作出分子構(gòu)象響應(yīng)的聚合物分子，朱俊杰教授研究團(tuán)隊(duì)利用熱敏聚合物pNIPAAm對(duì)金納米棒進(jìn)行修飾，使其具備溫度響應(yīng)的局部表面等離子體共振散射光譜。為了獲得高通量金納米棒散射光譜的快速、高靈敏響應(yīng)，該團(tuán)隊(duì)基于TIRF顯微鏡自主研發(fā)了時(shí)空分辨光譜顯微鏡，利用該顯微鏡成功對(duì)大量金納米棒的散射光波長(zhǎng)進(jìn)行實(shí)時(shí)分析。結(jié)果表明，熱敏聚合物pNIPAAm對(duì)溫度具有瞬時(shí)的響應(yīng)速率（< 4ms），且引起的金納米棒散射光譜紅移值與溫度在30至35攝氏度區(qū)間內(nèi)呈良好的線性關(guān)系，其響應(yīng)靈敏度可低至80 mK。在被腫瘤細(xì)胞靶向吞噬后，他們利用近紅外激光對(duì)單個(gè)金納米棒進(jìn)行加熱，并通過(guò)實(shí)時(shí)的溫度反饋實(shí)現(xiàn)了對(duì)其精準(zhǔn)的溫度控制，這對(duì)光熱治療的精準(zhǔn)控制有著重要意義。
在國(guó)家自然科學(xué)基金委重大科研儀器研制項(xiàng)目的資助下，朱俊杰教授研究團(tuán)隊(duì)近年來(lái)在研發(fā)高性能等離子體暗場(chǎng)顯微鏡、等離子體光熱顯微鏡以及電致化學(xué)發(fā)光顯微鏡中取得重要進(jìn)展，并在此基礎(chǔ)上建立了一系列生物分析檢測(cè)方法。利用等離子體暗場(chǎng)顯微鏡和功能化金包銀納米棒探針，實(shí)現(xiàn)了對(duì)單個(gè)腫瘤細(xì)胞完整自噬過(guò)程的追蹤（J. Am. Chem. Soc. 2015, 137, 1903-1908）。同時(shí)，利用基于表面等離子體共振顯微鏡技術(shù)搭建的熱顯微成像平臺(tái)，則幫助人們對(duì)納米材料的光熱性質(zhì)有了進(jìn)一步了解，如金納米棒、石墨烯等（ACS Nano 2015, 9, 11574-11581）。
圖1. a, 時(shí)空分辨等離子體暗場(chǎng)顯微鏡裝置示意圖; b, 細(xì)胞中單顆粒納米探針的暗場(chǎng)散射光成像；c, 紅色方塊區(qū)域三個(gè)探針的光譜成像，當(dāng)激光加熱其中一個(gè)探針，其光譜發(fā)生明顯紅移；d, 該探針散射光譜隨著加熱激光功率增大的紅移值；e, 利用周期變化的激光功率實(shí)現(xiàn)對(duì)單個(gè)納米顆粒溫度的高精準(zhǔn)實(shí)時(shí)調(diào)控。
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