生物系统中用于氧成像的磷光纳米探针的合成与标定

摘要

我们介绍了基于磷光猝灭的氧气检测原理，并综述了用于生物系统中氧气成像的卟啉类树状纳米传感器的设计。

摘要

通过磷光猝灭法测量氧气[1, 2]包括以下步骤：1）将探针导入目标介质中（例如血液或组织间液）；2）用适当波长的光照射样品，使探针激发至其三重态；3）收集发射的磷光信号，并分析其时间过程以获得磷光寿命，再将其转换为氧浓度（或氧分压，pO₂). 探针不得与生物环境发生相互作用，并且在某些情况下，测量完成后需能从介质中排出。上述每个步骤都对磷光探针的分子设计提出了要求，而这类探针是测量过程中唯一的侵入性组分。本文综述了用于生物体系中氧气检测的树枝状磷光纳米传感器的设计。这些探针由基于铂（Pt）或钯（Pd）卟啉的聚芳甘氨酸（AG）树枝状聚合物构成，其外围经聚乙二醇（PEG）残基修饰。为了实现有效的双光子激发，可在树枝状分子的末端修饰双光子天线发色团，该发色团可捕获激发能量，并通过分子内FRET（Förster共振能量转移）将能量传递至探针的三重态核心。我们描述了探针的关键光物理特性，并提供了详细的校准方案。

方案

1. 氧气测量方案的一般描述

（本部分无需实际操作，但对理解论文其余部分至关重要。可以将其拍摄成一系列幻灯片，例如几页Power Point，并配以解说声音。）

1.1）将探针递送至目标介质中，例如注射到动物的血液或组织间液中。

1.2) 用适当波长的光照射样品（组织表面），以促使探针进入激发三重态。通常激发发生于 通过 单光子机制。然而，对于特殊的双光子增强探针，激发可以进行 通过 双光子机制，可实现探针在高分辨率显微成像中的应用。单光子激发通常空间分辨率较低，但所需仪器更简单，且可用于基于LED的光纤磷光计进行单点测量。

1.3) 探针发出的磷光来源于长寿命的三重态。探针分子必须经过特殊设计，以实现高三重态的量子产率，并发射磷光而非荧光。当处于三重态时，探针可能与氧分子发生碰撞，导致三重态失活，这一过程称为“猝灭”。在无氧条件下，三重态的寿命即磷光衰减寿命为 τ₀。在有氧条件下，由于猝灭作用，磷光寿命（τ）会缩短。三重态寿命与环境中氧的含量之间存在直接关系。这种关系即著名的 Stern-Volmer 关系，它将磷光寿命（τ）与氧浓度 [O₂]（或氧分压 pO₂）关联起来：

材料

本文使用的材料清单

姓名	公司	目录编号	评论
N-甲基吡咯烷酮			NMP
三氟乙酸			TFA
二异丙基乙胺			DIPEA
2-(1H-苯并三唑-1-基)-1,1,3,3-四甲基脲六氟磷酸盐			HBTU
二甲基亚砜			DMSO
CDMT=1-氯-3,5-二甲氧基三嗪			CDMT
NMM=N-甲基吗啉			NMM