Angew. Chem. Int. Ed. ：通过FRET成像实时监测纳米颗粒的形成

【引言】

FRET（Förster Resonance Energy Transfer/Fluorescence Resonance Energy Transfer）即荧光能量共振转移，指的是两个生色团间的能量共振转移现象。该现象对微小距离的变化十分敏感。以此为基础发展的FRET技术，通过测量能量转移效率，可计算出荧光生色团间的距离（约1~10nm），故可常用于检测生物分子的纳米级距离及距离变化。

自组装纳米颗粒（Self-assembled nanoparticles，简称SANP）在生物医药方面有着广泛的应用，其在成像以及药物传输上的使用提高了医疗诊断及救治水平。而了解自组装纳米颗粒的形成过程对其设计和生产有十分重要的意义。一直以来，对自组装纳米颗粒的形成过程都是基于对最终产物的表征。然而，对该过程的实时观察才更有利于加深对其的了解，从而提高纳米材料的设计与设备方法。

微流控技术的发展提供了一个研究自组装纳米颗粒形成的绝佳平台。在微流控技术下，自组装纳米颗粒形成过程从随时间变化的过程转变为空间分布，从而为成像及分析提供了便利。

【成果简介】

在Angewandte Chemie International Edition上刊登的Real-Time Monitoring of Nanoparticle Formation by FRET Imaging一文中，西奈山伊坎医学院的Willem J. M. Mulder教授、 Yiming Zhao博士（共同通讯作者）等把微流控纳米粒子合成法以及FRET显微成像技术结合起来，实现了纳米颗粒的自组装过程的实时可视化。这个新技术可以应用在纳米乳、嵌段共聚物载药胶束等不同的纳米系统中。该文章展示了这个新技术在对影响纳米颗粒形成主要因素的研究中的优势。

根据该文章作者的设计，自组装纳米颗粒在微流控装置中通过连续流形成；同时，FRET显微成像技术也应用在该装置中。为了实现这个设计并测试其普适性，作者在不同合成环境、材料组成下对三种被广泛使用的自组装纳米颗粒系统：纳米乳、聚合物胶束、重组的高密度脂蛋白进行了研究；并对每一个系统都引入了不同的FRET供体-受体对，对多个影响自组装纳米颗粒合成的因素进行了研究。该文章展示了作者对上述三种不同的自组装纳米颗粒形成过程进行实时可视化的成果，从而介绍了通过FRET成像对纳米颗粒的形成进行实时观察的技术。该技术有望加深人们对各种类型纳米颗粒的合成、形成机制以及功能的了解与研究。

【图文导读】

图1 对纳米乳形成过程的实时观测

(a) FRET机制及实验装置示意图。

(b) 不同DiI/DiO浓度比例纳米乳的发射光谱，激发光波长为458nm。

(c) FRET/DiO峰值比与DiI/DiO浓度比的相关性。

图2 纳米乳形成过程的共焦显微图

(a) 微流控装置腔内起始段拍摄图；白色箭头所指为磷酸盐缓冲液（PBS）及乙醇流动方向。

(b) (a)图中标记区域的发射光谱。背景颜色表明了(a)图中所用的发射滤色镜种类。

(c) 微流控装置腔内末尾段拍摄图。图中所有图片尺寸均为1.6×0.8 mm。

图3 对PLGA-b-PEG纳米颗粒的形成及自发载药过程的实时监测

(a-c) 疏水性Cy5-OLA 型药物。

(d-f) 亲水性sulfo-Cy5 型药物。

(a,d) 载药及FRET机制示意图。

(b,e) 微流控装置腔内末尾段FRET/Cy3.5 强度比。图片尺寸为1.6×0.8 mm。

(c,f) (b,e)图中标记区域的发射光谱。背景颜色表明了(b,e)图中所用的发射滤色镜种类。

图4 对含量子点核重组高密度脂蛋白形成过程的实时监测

(a) 高密度脂蛋白自组装及FRET形成过程示意图。

(b) 高密度脂蛋白组装期间于微流控装置腔内末尾段拍摄的共聚焦图，此时流速为15 mL/min，图片尺寸为1.6×0.8 mm。

(c) 微流控装置及FRET成像装置示意图。

(d) 不同回路长度中观察芯片的FRET/Cy3.5强度比及对应的发射光谱。

【小结】

综上，本文提出了一种通过结合微流控纳米粒子合成法及FRET显微成像技术实现的纳米颗粒自组装过程的实时可视化方法，并对三种不同的纳米系统进行测试。该方法有助于人们对各种类型纳米颗粒的合成、形成机制以及功能进行更深层次的研究。

文献链接：Real-Time Monitoring of Nanoparticle Formation by FRET Imaging（Angew. Chem. Int. Ed.，2017，10.1002/anie.201611288）

本文由材料人编辑部纳米小组seleneh整理编译，点我加入材料人编辑部。

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