使用離子對試劑分析極性化合物

Maria Ada Malvindi, Gabriele Maiorano, Pier Paolo Pompa

Center for Bio-Molecular Nanotechnology, Italian Institute of Technology (IIT) Via Barsanti - 73010 Arnesano(Lecce), Italy

引言

螢光奈米誘導體在基礎研究和應用研究的許多應用領域都具有極大的潛力。近年來，科學家在螢光成像方面獲得了廣泛的技術解決方案，使得顯微鏡和診斷等領域有了顯著的進步。然而，此類光學標籤大多跨越微米尺度範圍，且/或受限於有限的光學性能和多功能性。近來，奈米科學的進步使得製造具有量身訂做光學特性的精確控制奈米結構成為可能，這為許多研究領域帶來了完全未開發的途徑和令人振奮的可能性。新開發的螢光系統結合了非常小的尺寸 (通常為 100 nm)、高亮度、光穩定性、可調光譜特性/表面電荷/化學性，以及生物相容性。這些嶄新的特性可應用在尺寸非常重要的新應用領域，例如細胞研究、高解析度顯微鏡、藥物傳遞和感測。

納米誘導體可能的應用包括

• 螢光/聚焦顯微鏡（包括超分辨率技術）
• 流式細胞計
• 成像、傳感和診斷

螢光奈米誘導體

具有奈米尺寸的明亮且穩定的螢光發光體，在光學成像中開啟了許多令人振奮的機會。舉例來說，需要微粒成像的高解析度應用，即使是單微粒層級的應用，也已經成為一種標準的做法，而不是一項具有挑戰性的任務，並且可以由非專業的研究人員和/或商用儀器和裝置例行執行。這是最基本的一點，因為有了高亮度且可與許多（生物）分子功能化的螢光標籤，就能開發許多成像、感測和診斷應用。細胞/組織成像也能從使用螢光奈米誘導體中獲益良多，因為它們的亮度和無毒性可在固定細胞和活細胞中對感興趣的目標進行高解析度細胞內定位和追蹤¹。奈米誘導體在生物環境中具有極高的光穩定性，因此可以進行長期研究。

光穩定性和亮度是超分辨率成像技術（例如受激發射耗損 (STED) 顯微技術）可以利用的優勢特性。STED 技術由 2014 年諾貝爾獎得主 Stefan W. Hell 發明，可透過選擇性地使螢光體失活，打破光學顯微鏡的衍射極限 (約 200 nm)，強化螢光影像的橫向解析度 (商用顯微鏡可達 30-40 nm)。這一成像技術的重要進展最近在生物學和生物物理學領域有了許多傑出的發現^2,3。我們提供特性良好的螢光奈米誘導體 (圖 1)，可進行超解析 STED 成像，將橫向解析度大幅提升至 30 nm。在這些應用中，這種材料所提供的精確尺寸控制和單分散性，能夠對奈米誘導體的真實尺寸進行可靠成像。超解析影像也可在生物環境中獲得，包括細胞成像（圖 2 & 3）。

圖 1.   左：分散在水中的多色螢光奈米誘導體（發光範圍從藍色到紅色/紅外線）。   右：單分散矽奈米誘導體（產品編號 797952）的代表性 TEM 圖像。

圖 2. 120 nm 螢光奈米誘導珠 (Prod No. 797863) 在玻璃片上 (左)，或被 A549 細胞 (右)內化的共焦顯微鏡影像。奈米誘導體可產生非常明亮且穩定的信號。其生物相容性和可定制的表面化學特性可成功應用於生物成像和靶向藥物傳輸等領域。

圖 3. 25 奈米螢光奈米顆粒 (Prod No. 797901) 的共焦及超解析 gSTED 顯微鏡影像。奈米誘導體的高亮度與光穩性可輕易提高橫向解析度。在這些應用中，精確控制微粒尺寸至關重要，而我們的奈米陰極誘導體產品提供最佳品質，可實現卓越的成像效果。奈米誘導體的生物相容性開啟了體外和體內系統的豐富應用。

螢光奈米誘導體的另一個重要應用是流式細胞計量。在這種情況下，納米誘導體的高亮度使得生物過程和細胞互動很容易被標準儀器檢測到。被動細胞內化和/或特異性靶向均可透過流式細胞計法追蹤，甚至是多色格式。奈米誘導體可與抗體或誘導體功能化，用於特異性靶向或診斷應用。⁴ 在另一種應用中，He等人利用一種靈敏而特異的策略來檢測金黃葡萄球菌 。⁵，納米醫學和納米毒理學的研究可以從明亮納米誘導體的使用中獲益（圖 4）

 

。

圖 4. 我們的螢光奈米誘導體在人類原代 CD14+ 單核細胞中的內化情況，以流式細胞計法進行探測。這意味著螢光強度會隨著奈米誘導珠濃度的增加而增加。

摘要

在上述應用中，螢光探針的效率和多功能性是關鍵參數。我們的材料科學產品組合提供各式各樣的螢光奈米誘導體，您可以選擇所需的尺寸 (從 25 到 250 nm)，同時精確控制微粒的單分散性、螢光特性 (從藍光到紅外線發光)，以及表面電荷和化學成分 (例如羧基、胺基、磺酸基)，以達到適當的生物互動或特定的生物接合目標。所有的螢光奈米誘導體都具有高亮度和光穩定性，並具有高生物相容性和無菌性的特點。

材料

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參考資料

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3. Eggeling C, Ringemann C, Medda R, Schwarzmann G, Sandhoff K, Polyakova S, Belov VN, Hein B, von Middendorff C, Schönle A, et al. 2009. Direct observation of the nanoscale dynamics of membrane lipids in a living cell. Nature. 457(7233):1159-1162. https://doi.org/10.1038/nature07596

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5. He X, Li Y, He D, Wang K, Shangguan J, Shi H. 2014. Aptamer-Fluorescent Silica Nanoparticles Bioconjugates Based Dual-Color Flow Cytometry for Specific Detection of Staphylococcus aureus. Journal of Biomedical Nanotechnology. 10(7):1359-1368. https://doi.org/10.1166/jbn.2014.1828