Angew. Chem. Int. Ed. ：通過FRET成像實時監測納米顆粒的形成

【引言】

FRET（F?rster Resonance Energy Transfer/Fluorescence Resonance Energy Transfer）即熒光能量共振轉移，指的是兩個生色團間的能量共振轉移現象。該現象對微小距離的變化十分敏感。以此為基礎發展的FRET技術，通過測量能量轉移效率，可計算出熒光生色團間的距離（約1~10nm），故可常用于檢測生物分子的納米級距離及距離變化。

自組裝納米顆粒（Self-assembled nanoparticles，簡稱SANP）在生物醫藥方面有著廣泛的應用，其在成像以及藥物傳輸上的使用提高了醫療診斷及救治水平。而了解自組裝納米顆粒的形成過程對其設計和生產有十分重要的意義。一直以來，對自組裝納米顆粒的形成過程都是基于對最終產物的表征。然而，對該過程的實時觀察才更有利于加深對其的了解，從而提高納米材料的設計與設備方法。

微流控技術的發展提供了一個研究自組裝納米顆粒形成的絕佳平臺。在微流控技術下，自組裝納米顆粒形成過程從隨時間變化的過程轉變為空間分布，從而為成像及分析提供了便利。

【成果簡介】

在Angewandte Chemie International Edition上刊登的Real-Time Monitoring of Nanoparticle Formation by FRET Imaging一文中，西奈山伊坎醫學院的Willem J. M. Mulder教授、 Yiming Zhao博士（共同通訊作者）等把微流控納米粒子合成法以及FRET顯微成像技術結合起來，實現了納米顆粒的自組裝過程的實時可視化。這個新技術可以應用在納米乳、嵌段共聚物載藥膠束等不同的納米系統中。該文章展示了這個新技術在對影響納米顆粒形成主要因素的研究中的優勢。

根據該文章作者的設計，自組裝納米顆粒在微流控裝置中通過連續流形成；同時，FRET顯微成像技術也應用在該裝置中。為了實現這個設計并測試其普適性，作者在不同合成環境、材料組成下對三種被廣泛使用的自組裝納米顆粒系統：納米乳、聚合物膠束、重組的高密度脂蛋白進行了研究；并對每一個系統都引入了不同的FRET供體-受體對，對多個影響自組裝納米顆粒合成的因素進行了研究。該文章展示了作者對上述三種不同的自組裝納米顆粒形成過程進行實時可視化的成果，從而介紹了通過FRET成像對納米顆粒的形成進行實時觀察的技術。該技術有望加深人們對各種類型納米顆粒的合成、形成機制以及功能的了解與研究。

【圖文導讀】

圖1 對納米乳形成過程的實時觀測

(a) FRET機制及實驗裝置示意圖。

(b) 不同DiI/DiO濃度比例納米乳的發射光譜，激發光波長為458nm。

(c) FRET/DiO峰值比與DiI/DiO濃度比的相關性。

圖2 納米乳形成過程的共焦顯微圖

(a) 微流控裝置腔內起始段拍攝圖；白色箭頭所指為磷酸鹽緩沖液（PBS）及乙醇流動方向。

(b) (a)圖中標記區域的發射光譜。背景顏色表明了(a)圖中所用的發射濾色鏡種類。

(c) 微流控裝置腔內末尾段拍攝圖。圖中所有圖片尺寸均為1.6×0.8 mm。

圖3 對PLGA-b-PEG納米顆粒的形成及自發載藥過程的實時監測

(a-c) 疏水性Cy5-OLA 型藥物。

(d-f) 親水性sulfo-Cy5 型藥物。

(a,d) 載藥及FRET機制示意圖。

(b,e) 微流控裝置腔內末尾段FRET/Cy3.5 強度比。圖片尺寸為1.6×0.8 mm。

(c,f) (b,e)圖中標記區域的發射光譜。背景顏色表明了(b,e)圖中所用的發射濾色鏡種類。

圖4 對含量子點核重組高密度脂蛋白形成過程的實時監測

(a) 高密度脂蛋白自組裝及FRET形成過程示意圖。

(b) 高密度脂蛋白組裝期間于微流控裝置腔內末尾段拍攝的共聚焦圖，此時流速為15 mL/min，圖片尺寸為1.6×0.8 mm。

(c) 微流控裝置及FRET成像裝置示意圖。

(d) 不同回路長度中觀察芯片的FRET/Cy3.5強度比及對應的發射光譜。

【小結】

綜上，本文提出了一種通過結合微流控納米粒子合成法及FRET顯微成像技術實現的納米顆粒自組裝過程的實時可視化方法，并對三種不同的納米系統進行測試。該方法有助于人們對各種類型納米顆粒的合成、形成機制以及功能進行更深層次的研究。

文獻鏈接：Real-Time Monitoring of Nanoparticle Formation by FRET Imaging（Angew. Chem. Int. Ed.，2017，10.1002/anie.201611288）

本文由材料人編輯部納米小組seleneh整理編譯，點我加入材料人編輯部。

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