Одностадийный синтез эффективных красных углеродных точек для биовизуализации in vivo
Углеродные точки (CDs) — это нуль-мерные углеродные наноматериалы. Благодаря ультрамалому размеру (обычно < 10 нм), простому синтезу, низкой токсичности, хорошей биосовместимости и выдающимся люминесцентным свойствам, они находят широкое применение, особенно в биовизуализации и биомедицине. На сегодняшний день для нескольких систем CDs сообщалось об эффективном синем и зеленом излучении с квантовым выходом фотолюминесценции (PLQY) > 60%, в то время как эффективные чистые красные CDs по-прежнему редки. Неинвазивная флуоресцентная (FL) визуализация in vivo требует идеального рабочего спектрального окна в красном и ближнем инфракрасном (NIR) диапазоне 650–1450 нм. Следовательно, крайне востребованы CDs с сильным излучением в красной и NIR областях в водных растворах.
В новой статье, опубликованной в Light Science & Application, группа учёных под руководством профессора Songnan Qu разработала одностадийный сольвотермальный синтез красных FA-CDs из лимонной кислоты и мочевины в муравьиной кислоте (FA) без сложных процедур очистки.
Сравнив оптические свойства и химическую структуру образцов, синтезированных сольвотермально в разных растворителях, учёные установили, что чистому красному излучению FA-CDs способствует высокое содержание электроноакцепторных групп C=O и низкое содержание протодонорных групп −NH и −OH на их поверхности. После композирования с бычьим сывороточным альбумином (BSA) в водных растворах FA-CDs@BSA был достигнут высокий PLQY до 21.9% и значительно усилена многоквантовая красная FL. И FA-CDs, и FA-CDs@BSA продемонстрировали очень низкую цитотоксичность и почечную экскрецию in vivo. Более важно, что была успешно реализована чёткая красная FL визуализация опухоли in vivo и двухфотонная красная FL визуализация сосудов уха мыши путём внутривенной инъекции водных растворов FA-CDs@BSA.
«Насколько нам известно, это первый случай реализации двухфотонной FL визуализации у млекопитающих in vivo на основе CDs. Мы полагаем, что это исследование может способствовать рациональному дизайну недорогих CDs с сильным красным/NIR излучением в водной системе для их высокоэффективных биологических применений», — заявили учёные.