金纳米棒成像应用一细胞及细胞内成像

金纳米棒成像应用一细胞及细胞内成像

2016-07-21 13:21来源：内江洛伯尔材料科技有限公司作者：研发部

金纳米棒双光子发光图像

哺乳动物细胞大小一般在10μm左右, 而其包含的维持细胞功能的亚细胞结构一般处在亚微米级范围内. 通常对这些亚细胞结构的成像手段为电子显微镜和共聚焦显微镜, 而纳米金微粒因为其较高的电子密度成为了最受欢迎的电子显微镜标记物.

随着纳米金LSPR特性的深入开发和光学技术的进步, 纳米金目前更是逐渐发展成为一种有效的跟踪和监测细胞及细胞内活动的成像标记物.主要的纳米金微粒细胞成像方法,包括纳米金散射光暗场成像、双光子发光成像(TPL)和表面增强拉曼散射(SERS)成像技术.

纳米金细胞成像中最早最常用的方法是利用大粒径纳米金微粒的强散射特性. 粒径大于20nm的纳米金微粒就可以很容易地在暗场散射显微镜中被观察到. 与普通的荧光基团相

比, 纳米金微粒的散射光可以保持长时间的稳定不会被漂白, 这也是纳米金微粒作为生物成像探针的一大优势所在.

早在2003年, Sokolov等人便将纳米金微粒与抗表皮生长因子受体(anti-EGFR)抗体结合, 能够特异性地结合到癌细胞表面, 通过激光照射便可实现癌细胞的成像效果.Huang等人利用同样的方法将纳米棒与头颈部癌细胞特异结合, 在组织穿透性高的近红外光部分的散射光成像效果. 而纳米金双光子发光(TPL)成像技术具有远高于暗场显微术的信噪比, 是一种极具潜力的细胞内成像方法. 从2005年开始, 便得到了研究者们的广泛关注,逐渐开始取代散射光暗场成

像技术. Qu等人应用TPL显微镜、靶向癌细胞的纳米金实现了癌细胞Karpas 299 的成像, 成像效果如图所示, 上排为不同强度激光下Karpas299的自体荧光强度图像, 下排为不同强度激光激发下Au30-ACT-1标记Karpas 299细胞的发光强度图像. Hutter等人用TPL显微镜研究了不同形状的纳米金微粒在马神经元细胞和小胶质细胞中的分布, 发现只有金纳米棒更易被神经元细胞内化, 而金纳米球则更易被小胶质细胞吞噬, 暗示不同细胞可能对不同形状纳米微粒的吞噬吸收存在不同的机制.

除了较高的信噪比, 与量子点和其他荧光染料相比, 纳米金自身的双光子发光效应不会出现光漂白和光闪烁的现象, 更加适合长时间的成像或者定量研究. 同时由于纳米金微粒的LSPR效应, 在纳米金表面或距离纳米金表面不超过10 nm的范围内的分子电磁场信号会得到加强. 利用不同的光谱学技术提取这些被加强的电磁场信号(表面增强荧光、表面增强瑞利散射、表面增强吸收和表面增强拉曼散射(SERS)等), 近年来也同样被广泛地应用到生物成像技术中来. 其中, 由于SERS相对于普通拉曼散射信号1014~1015倍惊人的放大效应而备受人们的关注, 这样的放大效应甚至可以从一簇分子中检测到单分子的拉曼光谱信号. 早在 2006年Wilson小组就利用纳米金的SERS特性进行了多模态的光谱检测, 发现得到的光谱比量子点和荧光染料的更加具有特异性, 光谱峰宽也更窄, 因此利用纳米金SERS和靶向载体的功能可以实现较传统方法对比度和分辨率更高的细胞靶向成像效果.

近几年, 随着SERS成像技术研究的深入, 利用纳米金SERS成像对与细胞内物质和功能的研究也越来越多. David等人将4种不同配体修饰的纳米金微粒结合到大鼠心肌细胞膜表面的不同蛋白上, 利用多路SERS成像技术同时对膜表面的4种不同膜蛋白成像, 分析4种蛋白间的相互作用.而Jun等人则通过动态SERS成像技术追踪纳米金微粒在细胞内的输送过程来研究细胞内的物质运输路径.