手性纳米复合材料用于硫化氢的高选择性双模传感和生物成像

随着纳米技术的不断发展，越来越多的人工手性纳米材料被构建出来。作为这些手性纳米材料最具代表性的光学特性之一，圆二色性（CD）是一种强大的传感技术。与其他分析方法相比，CD信号具有更高的灵敏度，但无法在体内实现原位成像

科学家们已经成功制备了具有更多样化生物功能特性的手性纳米复合材料，以弥补这一缺点。然而，一些通过静电吸附或其他方法组装的手性纳米复合材料在复杂的生理环境中很容易解离和破坏，导致性能偏差

此外，一些纳米复合材料很难区分与分析物性质相似的干扰，导致检测选择性差。因此，开发结构稳定、性能优异的手性复合纳米材料以满足生物医学诊断和检测的需求仍然是一项具有挑战性的任务

在《光：科学与应用》上发表的一篇论文中，由中国吉林大学电子科学与工程学院集成光电子国家重点实验室的陆葛玉教授及其同事领导的一个科学家团队开发了一种UCNP/CuxOS@ZIF纳米复合探针用于H2S的体外UCL/CD双模传感和体内成像

在该探针中，上转换纳米粒子（UCNP）和手性CuxOS纳米粒子被封装在沸石咪唑盐框架-8（ZIF-8）中

H2S还原CuxOS会导致CuxOS吸收和CD信号的变化，从而使探针的UCL和CD信号发生变化。体外实现了H2S的UCL/CD双模传感

同时，UCNP能够对活体荷瘤小鼠进行原位成像。UCNP的构建/CuxOS@ZIF双模纳米探针使手性传感成为生物检测中更有利的工具，为多功能手性纳米材料在生物医学中的应用提供了新的思路

UCNP/CuxOS@ZIF作为一种设计的手性纳米复合材料，可以有效地消除检测环境中的干扰影响，实现对H2S的高度选择性传感。科学家们总结了探针对H2S的“选择”过程：

“这种‘选择’的实现实际上来自ZIF-8，我们将其设计为整个纳米复合材料的封装壳，不仅是为了稳定复合材料，更重要的是，利用其独特的孔结构使其能够作为气体分子筛发挥作用。”

“简而言之，H2S分子很容易进入ZIF-8的内部，而其他分子则与外部隔离开来，从而在一定程度上解决了一些常见的分子对探针传感的影响。”

他们补充道：“如果没有ZIF-8的封装，L-Cys、L-Lys和GSH等还原性物质也会改变探针的UCL和CD信号，这种影响对探针传感性能的评估极其不利。”

科学家们预测，“这种纳米复合探针中使用的组装理念可以应用于其他类型复合材料的组装。只要设计合理，就可以制备更多样化的多功能手性复合材料，为手性在生物传感、生物成像和生物治疗领域的应用创造更多可能性。” More information: Yang Lu et al, Upconversion-based chiral nanoprobe for highly selective dual-mode sensing and bioimaging of hydrogen sulfide in vitro and in vivo, Light: Science & Applications (2024). DOI: 10.1038/s41377-024-01539-6

Journal information: Light: Science & Applications