Chirales Nanokomposit für hochselektive Dual-Mode-Sensorik und Bioimaging von Schwefelwasserstoff

Mit der kontinuierlichen Entwicklung der Nanotechnologie wurden mehr künstliche chirale Nanomaterialien konstruiert. Als eine der repräsentativsten optischen Eigenschaften dieser chiralen Nanomaterialien ist der Zirkulardichroismus (CD) eine leistungsstarke Sensortechnologie. Im Vergleich zu anderen Analysemethoden weist das CD-Signal eine höhere Empfindlichkeit auf, kann jedoch keine In-situ-Bildgebung in vivo erreichen.

Um diesen Mangel auszugleichen, ist es Wissenschaftlern gelungen, chirale Nanokomposite mit vielfältigeren biologischen Funktionseigenschaften herzustellen. Einige chirale Nanokomposite, die durch elektrostatische Adsorption oder andere Methoden zusammengesetzt wurden, zerfallen jedoch in komplexen physiologischen Umgebungen leicht und werden zerstört, was zu Leistungsabweichungen führt.

Darüber hinaus ist es für einige Nanokomposite schwierig, Interferenzen mit ähnlichen Eigenschaften wie der Analyt zu unterscheiden, was zu einer schlechten Nachweisselektivität führt. Daher ist es nach wie vor eine anspruchsvolle Aufgabe, chirale zusammengesetzte Nanomaterialien mit stabiler Struktur und hervorragenden Eigenschaften zu entwickeln, die den Anforderungen der biomedizinischen Diagnose und Erkennung gerecht werden.

In einem Papier veröffentlicht In Licht: Wissenschaft und Anwendungenein Team von Wissenschaftlern unter der Leitung von Professor Geyu Lu vom State Key Laboratory of Integrated Optoelectronics, College of Electronic Science and Engineering, Jilin University, China, und Kollegen haben eine UCNPs/CuxOS@ZIF-Nanokompositsonde entwickelt, die für die In-vitro-UCL/CD-Dualmodus-Erkennung für H2S und die In-vivo-Bildgebung verwendet wird.

In dieser Sonde sind Upconversion-Nanopartikel (UCNPs) und chirale CuxOS-Nanopartikel in einem zeolithischen Imidazolat-Gerüst 8 (ZIF-8) eingekapselt.

Die Reduktion von CuxOS durch H2S führt zu Änderungen der CuxOS-Absorption und des CD-Signals, was eine Änderung der UCL- und CD-Signale der Sonde ermöglicht. Die UCL/CD-Dualmodus-Erkennung für H2S wurde in vitro realisiert.

Gleichzeitig ermöglichen UCNPs die In-situ-Bildgebung lebender tumorbefallener Mäuse. Die Konstruktion von UCNPs/CuxOS@ZIF-Dualmodus-Nanosonden macht die chirale Sensorik zu einem vorteilhafteren Werkzeug für die biologische Erkennung und bietet eine neue Idee für die Anwendung multifunktionaler chiraler Nanomaterialien in der Biomedizin.

UCNPs/CuxOS@ZIF als chirales Nanokomposit können den Einfluss von Interferenzen in der Detektionsumgebung effektiv eliminieren und eine hochselektive H2S-Erkennung erreichen. Die Wissenschaftler fassten den „Auswahlprozess“ der Sonde für H2S wie folgt zusammen:

„Die Realisierung dieser ‚Auswahl‘ kommt eigentlich von ZIF-8, das wir als Kapselhülle für das gesamte Nanokomposit entwickelt haben, nicht nur um das Komposit zu stabilisieren, sondern, was noch wichtiger ist, um seine einzigartige Porenstruktur zu nutzen, damit es als Gasmolekularsieb fungieren kann.“

„Kurz gesagt: H2S-Moleküle gelangen problemlos in das Innere von ZIF-8, während andere Moleküle von der Außenseite isoliert werden. Dadurch werden einige gängige molekulare Einflüsse auf die Sondenerkennung bis zu einem gewissen Grad behoben.“

„Ohne die Einkapselung von ZIF-8 können reduzierende Substanzen wie L-Cys, L-Lys und GSH auch die UCL- und CD-Signale der Sonde verändern, und dieser Effekt ist für die Bewertung der Sensorleistung der Sonde äußerst ungünstig“, fügten sie hinzu.

„Das in dieser Nanokompositsonde verwendete Montagekonzept kann auf die Montage anderer Arten von Kompositen angewendet werden. Solange das Design sinnvoll ist, können vielfältigere multifunktionale chirale Komposite hergestellt werden, wodurch mehr Möglichkeiten für die Anwendung der Chiralität im Bereich der Biosensorik, Biobildgebung und Biotherapie entstehen“, prognostizieren die Wissenschaftler.