江南大學Adv. Mater.報道：手性CuxOS@ZIF-8納米探針用于超靈敏定量檢測體內硫化氫（H2S）

【背景介紹】

眾所周知，硫化氫（H₂S）是生命有機體中的重要氣體傳輸劑，在調節細胞生長、抗炎等一系列生物過程中發揮重要作用。研究發現H₂S的異常調節與糖尿病、肝硬化等疾病有關。因此，開發在生物系統中準確監測H₂S的方法非常重要。目前，已經開發了電化學分析、表面增強拉曼散射等多種方法來檢測和跟蹤生物系統中的H₂S。雖然已經取得了重大進展，但是仍有一些關鍵問題需要解決，例如靈敏度低、活細胞定量、標本破壞和光毒性。還有一個特殊挑戰是，當比復雜生物系統中的H₂S濃度更高時，將受到谷胱甘肽（GSH）等化學物質的干擾。因此，開發適用于復雜生物系統、能以高靈敏度和選擇性檢測H2S的策略異常重要。此外，圓二色性（CD）光譜是一種理想且功能強大的生物檢測分析技術，因為其能以高靈敏度進行無損細胞分析。

【成果簡介】

基于此，江南大學的徐麗廣教授（通訊作者）團隊報道了一種Cu_xOS@ZIF-8納米結構的探針，利用該探針能量化活細胞中和體內的硫化氫（H₂S）水平。利用沸石咪唑鹽骨架-8（ZIF-8）作為封裝外殼，以改善該探針的選擇性。研究發現使用這種獨特的納米結構，可以成功實現活細胞中H₂S的超靈敏定量和生物成像。其中，在圓二色光譜（CD）和熒光模式的檢測下限分別是每106個細胞中為0.8和5.3 nmol。同時，研究發現將手性Cu_xOS NPs轉化為非手性Cu_xS NPs有助于實現超靈敏檢測。此外，該探針還可以用于檢測和追蹤荷瘤動物體內的H₂S水平。總之，這些發現為建立臨床定量追蹤和分析檢測平臺提供了新思路。研究成果以題為“Chiral Cu_xOS@ZIF-8 Nanostructures for Ultrasensitive Quantifcation of Hydrogen Sulfde In Vivo”發布在國際著名期刊Adv. Mater.上。

【圖文解讀】

圖一、Cu_xOS-Cy3@ZIF-8納米探針的表征
（A）Cu_xOS-Cy3的TEM圖像；

（B）Cu_xOS-Cy3@ZIF-8的TEM圖像；

（C）Cu_xOS-Cy3@ZIF-8的EDS映射圖像；

（D）Cu_xOS-Cy3的X射線光電子能譜。

圖二、與Na₂S反應后，對該納米探針的表征
（A-B）與Na₂S反應前后，Cu_xOS-Cy3@ZIF-8探針的CD和熒光光譜；

（C-D）添加Na₂S后，Cu_xOS-Cy3的Cu和S X射線光電子能譜。

圖三、Cu_xOS-Cy3@ZIF-8納米探針基于CD和FL雙模式檢測H₂S
（A）納米探針對不同的Na₂S（H₂S的供體）有響應的CD光譜；

（B）Na₂S的濃度與相應的ΔCD（ΔCD=CD₄₈₈-CD₅₆₀）強度之間的線性關系；

（C）Cu_xOS-Cy3@ZIF-8與不同的Na₂S反應的熒光光譜；

（D）在不同Na₂S濃度下，在560 nm熒光峰強度的標準曲線。

圖四、該納米探針基于CD和FL雙模式檢測活細胞中的H₂S
（A）經Cu_xOS-Cy3@ZIF-8預處理的HeLa細胞，與不同濃度H₂S反應的共聚焦圖像；

（B）H₂S的標準曲線對應于發射熒光比（I₅₆₀/I₄₅₀）；

（C）通過不同的H₂S處理，再與探針一起預孵育的Hela細胞的ΔCD值（ΔCD=CD₄₈₈-CD₅₆₀）；

（D）ΔCD值是H₂S濃度的函數。

圖五、Cu_xOS@ZIF-8納米探針在小鼠體內的應用
（A）PCS-460-010細胞、MCF-7和HeLa細胞與探針的共聚焦圖像；

（B）利用Cu_xOS-Cy3@ZIF-8納米探針在荷瘤小鼠模型中對內源性H₂S成像。

【小結】

綜上所述，作者設計了一種新的納米結構，即Cu_xOS@ZIF-8納米探針，可以對H₂S進行超靈敏和選擇性檢測。利用CD和熒光光譜雙信號，該探針不僅能在體外準確檢測H₂S，而且還能在活細胞和體內檢測H₂S。實驗結果表明，當手性Cu_xOS被轉化為非手性Cu_xOS時，有助于實現超敏檢測。總之，該方法為生物催化、生物成像和生命科學診斷等領域的手性納米結構研究開辟了新的途徑。

文獻鏈接：Chiral Cu_xOS@ZIF-8 Nanostructures for Ultrasensitive Quantification of Hydrogen Sulfide In Vivo.（Adv. Mater., 2020, DOI: 10.1002/adma.201906580）

本文由CQR編譯。

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