南京大学NPG Asia Materials：基于镧系的纳米MOF用于活体细胞内腺苷的双色荧光传感器

【引言】

二维纳米材料由于独特光电性，被广泛应用于电子、化工、生物医学等领域。其中，二维金属有机骨架材料（Metal-organic frameworks，MOFs）近年来受到越来越多的关注。MOFs是由金属离子与有机配体配位构筑而成的一种具有特殊性质的纳米尺寸骨架材料，具有良好的框架结构与高比表面，在荧光生物传感器中表现出了巨大的应用价值。

【成果简介】

近日，南京大学化学化工学院夏兴华课题组在NPG Asia Materials发表了一篇题为“Lanthanide-based metal-organic framework nanosheets with unique fluorescence quenching properties for two-color intracellular adenosine imaging in living cells”的文章。本文中夏兴华课题组首次系统研究了MOF 纳米片所具有的荷电性在基于荧光生物传感器中扮演的重要作用。他们合成与表征了一系列的超薄MOF-Ln纳米片，发现MOF-Ln纳米片因其边缘存在未完全配位的金属离子，在荧光生物传感器中对荧光猝灭与恢复具有重要的调控作用。因此，他们开发了一种新型的基于MOF-Ln 纳米片的双色荧光生物传感器。在该传感器中，他们用ATP作为检测分析目标分子，通过监测荧光分子的颜色变化，可以精确监控ATP分子在单个细胞中的分布。与传统荧光生物传感器相比，该生物传感器的优点是可以有效避免假阳性结果对检测的干扰，能够更加真实地展现出ATP等生物大分子在细胞内的分布情况。与传统荧光生物传感器相比，该生物传感器的优点是可以有效避免假阳性结果对检测的干扰，能够更加真实地展现出ATP等生物大分子在细胞内的分布情况。

【图文导读】

图1： MOF-Lns结构特征

(a)MOF-Lns的X衍射图；                 (b)MOF-Eu的3D片层结构；

(c)MOF-La 的配位情况；                 (d) MOF-La的3D片层结构。

图2：MOF-Ln纳米片的结构特征

(a)MOF-La、MOF-La 超声30min后及用Li-intercalation method 制备的MOF-La 的SEM图；

(b)MOF-La超声30min后及用Li-intercalation method 制备的MOF-La 的TEM图；

(c) MOF-La 的原子力显微镜表征图与相应的高度及MOF-La特定区域的电子衍射图像。

图3：MOF-Ln的荧光猝灭特征

(a) 在含有0.2 mg·ml⁻¹ of MOF-La的10 mM PBS中使用不同浓度的T1 (0, 2, 5, 10, 15, 20, 30, 35, 40 and 50 nM)得到TAMRA-P1 (15 nM) 的荧光光谱图及365 nm light照射下TAMRA-P1 (1.25 μM)的荧光变化；

(b) 在含有0.2 mg·ml⁻¹ of MOF-La的10 mM PBS中使用不同浓度的T1 (0, 2, 5, 10, 15, 20, 30, 35, 40 and 50 nM)得到FAM-P1 (20 nM)的荧光光谱图及365 nm light照射下FAM-P1 (1.25 μM)的荧光变化。

图4：Dye-labeled DNA吸附在 MOF-Ln上的表征

(a)TAMRA-P1在MOF-Ln表面的荧光猝灭效果；F0和F 分别表示在缺乏和存在MOF-Ln 时TAMRA-P1的荧光强度；

(b)Dye-labeled DNA吸附在 MOF-Ln上的原理；

(c) MOF-Ln 分别在H₂O和PBS中的Zeta potentials；

(d) FAM-labeled DNA 吸附在MOF-La 的紫外可见光谱图；

(e-f) MOF-La 在不同环境中的X射线光电子能谱图。

图5：MOF-La在腺苷传感器中的选择性

(a)FAM-P2+MOF-La (the green bar, detected at 518 nm) 和 TAMRA-P2+MOF-La (the red bar, detected at 582 nm)分别作为探针检测不同生物大分子时，在特征峰强度处的荧光强度；

(b-c) 分别为在加入ATP、UTP、GTP、CTP 时FAM-P2 (20 nM)与TAMRA-P2 (15 nM)混合MOF-La(0.2 mg ml⁻¹)的荧光光谱图；

(d) 检测腺苷 (浓度范围：0.5–15 nM) F′ TAMRA (red) and F′ FAM (blue)的标准曲线；

(e) 基于F′TAMRA/F′FAM的检测腺苷 (浓度范围：0.5–15 nM)标准曲线。

图6：细胞内腺苷荧光成像

(a)dye-P2+MOF-La 检测细胞内腺苷的原理；

(b) 活细胞内腺苷的监测；

(c-e) 在孵育不同时间条件下（2h-6h），用两种荧光分子标记可视化检测细胞内腺苷的共聚焦成像，Scale bars: b, 25 μm; c, 30 μm; d, e, 10 μm。

图7：MCF-7 cells与dye-P2+MOF-La 和 FMD孵育的共聚焦荧光成像

(a-c) 单个细胞与 dye-P2+MOF-La and FMD 孵育4 h. Scale bars: 10 μm。

文献连接：Lanthanide-based metal-organic framework nanosheets with unique fluorescence quenching properties for two-color intracellular adenosine imaging in living cells (NPG Asia Materials , 2017, 9, e354；DoI:10.1038/am.2017.7)

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