南京大學NPG Asia Materials：基于鑭系的納米MOF用于活體細胞內腺苷的雙色熒光傳感器

【引言】

二維納米材料由于獨特光電性，被廣泛應用于電子、化工、生物醫學等領域。其中，二維金屬有機骨架材料（Metal-organic frameworks，MOFs）近年來受到越來越多的關注。MOFs是由金屬離子與有機配體配位構筑而成的一種具有特殊性質的納米尺寸骨架材料，具有良好的框架結構與高比表面，在熒光生物傳感器中表現出了巨大的應用價值。

【成果簡介】

近日，南京大學化學化工學院夏興華課題組在NPG Asia Materials發表了一篇題為“Lanthanide-based metal-organic framework nanosheets with unique fluorescence quenching properties for two-color intracellular adenosine imaging in living cells”的文章。本文中夏興華課題組首次系統研究了MOF 納米片所具有的荷電性在基于熒光生物傳感器中扮演的重要作用。他們合成與表征了一系列的超薄MOF-Ln納米片，發現MOF-Ln納米片因其邊緣存在未完全配位的金屬離子，在熒光生物傳感器中對熒光猝滅與恢復具有重要的調控作用。因此，他們開發了一種新型的基于MOF-Ln 納米片的雙色熒光生物傳感器。在該傳感器中，他們用ATP作為檢測分析目標分子，通過監測熒光分子的顏色變化，可以精確監控ATP分子在單個細胞中的分布。與傳統熒光生物傳感器相比，該生物傳感器的優點是可以有效避免假陽性結果對檢測的干擾，能夠更加真實地展現出ATP等生物大分子在細胞內的分布情況。與傳統熒光生物傳感器相比，該生物傳感器的優點是可以有效避免假陽性結果對檢測的干擾，能夠更加真實地展現出ATP等生物大分子在細胞內的分布情況。

【圖文導讀】

圖1： MOF-Lns結構特征

(a)MOF-Lns的X衍射圖； ? ? ? ? ? ? ? ??(b)MOF-Eu的3D片層結構；

(c)MOF-La 的配位情況； ? ? ? ? ? ? ? ??(d) MOF-La的3D片層結構。

圖2：MOF-Ln納米片的結構特征

(a)MOF-La、MOF-La 超聲30min后及用Li-intercalation method 制備的MOF-La 的SEM圖；

(b)MOF-La超聲30min后及用Li-intercalation method 制備的MOF-La 的TEM圖；

(c) MOF-La 的原子力顯微鏡表征圖與相應的高度及MOF-La特定區域的電子衍射圖像。

圖3：MOF-Ln的熒光猝滅特征

(a) 在含有0.2?mg·ml^?1 of MOF-La的10?mM PBS中使用不同濃度的T1 (0, 2, 5, 10, 15, 20, 30, 35, 40 and 50?nM)得到TAMRA-P1 (15?nM) 的熒光光譜圖及365?nm light照射下TAMRA-P1 (1.25?μM)的熒光變化；

(b) 在含有0.2?mg·ml^?1 of MOF-La的10?mM PBS中使用不同濃度的T1 (0, 2, 5, 10, 15, 20, 30, 35, 40 and 50?nM)得到FAM-P1 (20?nM)的熒光光譜圖及365?nm light照射下FAM-P1 (1.25?μM)的熒光變化。

圖4：Dye-labeled DNA吸附在 MOF-Ln上的表征

(a)TAMRA-P1在MOF-Ln表面的熒光猝滅效果；F0和F 分別表示在缺乏和存在MOF-Ln 時TAMRA-P1的熒光強度；

(b)Dye-labeled DNA吸附在 MOF-Ln上的原理；

(c) MOF-Ln 分別在H₂O和PBS中的Zeta potentials；

(d) FAM-labeled DNA 吸附在MOF-La 的紫外可見光譜圖；

(e-f) MOF-La 在不同環境中的X射線光電子能譜圖。

圖5：MOF-La在腺苷傳感器中的選擇性

(a)FAM-P2+MOF-La (the green bar, detected at 518?nm) 和 TAMRA-P2+MOF-La (the red bar, detected at 582?nm)分別作為探針檢測不同生物大分子時，在特征峰強度處的熒光強度；

(b-c) 分別為在加入ATP、UTP、GTP、CTP 時FAM-P2 (20?nM)與TAMRA-P2 (15?nM)混合MOF-La(0.2?mg?ml^?1)的熒光光譜圖；

(d) 檢測腺苷 (濃度范圍：0.5–15?nM) F′ TAMRA (red) and F′ FAM (blue)的標準曲線；

(e) 基于F′TAMRA/F′FAM的檢測腺苷 (濃度范圍：0.5–15?nM)標準曲線。

圖6：細胞內腺苷熒光成像

(a)dye-P2+MOF-La 檢測細胞內腺苷的原理；

(b) 活細胞內腺苷的監測；

(c-e) 在孵育不同時間條件下（2h-6h），用兩種熒光分子標記可視化檢測細胞內腺苷的共聚焦成像，Scale bars: b, 25?μm; c, 30?μm; d, e, 10?μm。

圖7：MCF-7 cells與dye-P2+MOF-La 和 FMD孵育的共聚焦熒光成像

(a-c) 單個細胞與 dye-P2+MOF-La and FMD 孵育4?h. Scale bars: 10?μm。

文獻連接：Lanthanide-based metal-organic framework nanosheets with unique fluorescence quenching properties for two-color intracellular adenosine imaging in living cells (NPG Asia Materials , 2017, 9, e354；DoI:10.1038/am.2017.7)

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