針對生物成像開發的柔性納米石墨烯！

簡介：一支由國際科學家組成的團隊已經研發出了一種水溶性「扭曲納米石墨烯」，它是一種靈活的分子，具有生物相容性，並顯示出熒光細胞成像的應用前景。同時，當細胞暴露於藍色激光時，這種新的石墨烯分子也會誘導其死亡。因此需要進一步研究以確定納米碳如何應用於一系列生物性的應用，比如癌症治療的光動力治療。

一種新的水溶性扭曲納米石墨烯。圖片來源：由名古屋大學扭麴生物分子研究所（WPI-ITbM）提供

一支由國際科學家組成的團隊研發出了一種水溶性「扭曲納米石墨烯」，這是一種靈活的分子，具有生物相容性的同時，顯示出在熒光細胞成像方面的應用前景。而當細胞暴露於藍色激光時，這種新石墨烯分子會誘導其死亡。因此需要進一步研究以確定納米碳如何應用於一系列生物相關應用，比如癌症治療的光動力治療。

名古屋大學和波士頓學院的一組化學家和生物學家已成功地首次合成水溶性扭曲納米分子。最近在「應用化學國際版」（Angewandte Chemie International Edition）中描述的這種新型分子擴展了納米碳在生物方面的應用，包括癌細胞成像甚至根除。

納米石墨烯是具有獨特的電子、光學和機械性能的納米級碳分子，並且被認為是很有電子和生物醫學用途前景的材料。然而，納米石墨烯的扁平結構導致其在各種溶劑中極易發生堆疊和聚合，因此其難以溶於各種溶劑，並由此引起生物應用中的併發症。

2013年，日本名古屋大學(Nagoya University) JST-ERATO Itami分子納米碳項目主任Kenichiro Itami教授和他的同事合成了一種帶有馬鞍形結構的扭曲納米分子。該分子由26個石墨烯環組成的獨特結構阻止其聚合，使其能溶於最常見的有機溶劑。此外，在紫外線或藍光照射下，它會呈現出綠色熒光。

Itami說：「當我們成功地合成了一種扭曲納米石墨烯分子時，非常的興奮，而且我們對使它能夠應用於生物方面的課題非常感興趣，並通過在分子中加入水溶性官能團實現了這一目標。」

在最近的一項研究中，Itami的工作小組解釋了他們是如何開發出使彎曲的納米線成為水溶性的簡單方法。首先，他們通過一種銥催化的C-H硼化反應用5個硼原子取代了氫原子。之後將硼取代的扭曲納米石墨烯帶與一種含有水溶性鏈的稱為芳基鹵化物的化合物混合。一種鈀催化的Suzuki-Miyaura耦合反應使水溶性鏈附著在納米分子邊緣，使其溶於水和其他有機溶劑。這種方法也可以在扭曲納米石墨烯上引入其他官能團，來使其性能易於進行調整。

研究小組研究了水溶性扭曲納米石墨烯的熒光性質。他們發現，在紫外線照射下，這種納米石墨烯溶解於水中時，分子會發出黃色熒光，而在普通有機溶劑二氯甲烷中呈現綠色熒光。新一代的納米石墨烯具有很高的光穩定性，這意味著其性質在光照下不會發生顯著變化。相反，熒光顏色會根據溶解溶劑的極性變化而變化。

接下來，Itami的團隊與ITbM的生物學家進行合作，對新分子是否能將活細胞染色，並應用於熒光細胞成像進行了測試。他們用一種水溶性的扭曲納米石墨烯溶液處理了HeLa細胞（一種廣泛用於研究的宮頸癌細胞）。顯微鏡觀察顯示，細胞在幾個小時內吸收了該分子，並在溶酶體中進行積累，溶酶體是細胞中的細胞器。隨著時間推移，細胞存活率沒有顯著變化，證明水溶性的扭曲納米石墨烯具有較低的細胞毒性，可以作為HeLa細胞的熒光染色劑。

然而，這種分子在某些情況下也會變得致命。例如，當治療的HeLa細胞被藍色激光照射後，30分鐘後就會顯示細胞死亡。未經處理的HeLa細胞則沒有該情況發生。

Itami說：「雖然我們新一代的扭曲納米石墨烯對HeLa細胞的毒性很低，但我們驚訝地發現，當光照射到新的納米石墨烯上的細胞上時可觀察到細胞死亡現象發生。」

這種細胞死亡的具體機制尚不清楚，但該小組推測，在照射過程中會產生一種導致細胞死亡的有毒單氧分子。已知的其他幾種化合物會發生光誘導細胞死亡，但仍需要發現能夠吸收較長波長的分子，以安全地用於治療深層組織中的癌細胞。研究人員設想，他們的功能和調諧扭曲納米石墨烯的方法可能會導致生物相容分子吸收不同波長的輻照。

Itami說:「我們成功地合成了一種具有熒光性、良好的光穩定性和較低的細胞毒性的水溶性扭曲納米石墨烯，這些性質使得它有望應用於生物成像。這一成就是一個很好的例子，展示了我們研究所正在進行的化學和生物之間廣泛合作的成果。我們希望通過進一步的跨學科合作，使我們所研究的分子可進一步發展到更為廣泛的生物應用領域。」

本研究結果不僅證明了納米碳化物對生物應用的影響，而且還表明了合成化學與生物學之間的協同效應。

原文來自sciencedaily，原文題目Flexible warped nanographene developed for bioimaging，由材料科技在線匯總整理。

喜歡這篇文章嗎？立刻分享出去讓更多人知道吧！