南京大學化學化工學院朱俊杰教授研究團隊實現了對細胞內單個光熱療納米探針的高精準溫控。基于TIRF顯微鏡技術，他們研制了一款配備有雙色激光光片作為入射光源的時空分辨暗場顯微鏡，可以在毫秒級尺度下實現對多個納米顆粒表面等離子共振散射波長的瞬態(tài)分析，并將其用于細胞內光熱探針的時空分辨分析。相關成果“Imaging the transient heat generation of inpidual nanostructures with a mechanoresponsive polymer“于11月14日在線發(fā)表于Nature Communications上。
精準測量瞬態(tài)的局部熱對發(fā)展光熱療納米探針、可控藥物遞送、光機械以及生物過程工程學有著重大的意義。然而時空分辨精準溫度測量至今仍是一項艱巨的挑戰(zhàn)。
聚乙丙烯酰胺pNIPAAm是一種對溫度敏感并能作出分子構象響應的聚合物分子，朱俊杰教授研究團隊利用熱敏聚合物pNIPAAm對金納米棒進行修飾，使其具備溫度響應的局部表面等離子體共振散射光譜。為了獲得高通量金納米棒散射光譜的快速、高靈敏響應，該團隊基于TIRF顯微鏡自主研發(fā)了時空分辨光譜顯微鏡，利用該顯微鏡成功對大量金納米棒的散射光波長進行實時分析。結果表明，熱敏聚合物pNIPAAm對溫度具有瞬時的響應速率（< 4ms），且引起的金納米棒散射光譜紅移值與溫度在30至35攝氏度區(qū)間內呈良好的線性關系，其響應靈敏度可低至80 mK。在被腫瘤細胞靶向吞噬后，他們利用近紅外激光對單個金納米棒進行加熱，并通過實時的溫度反饋實現了對其精準的溫度控制，這對光熱治療的精準控制有著重要意義。
圖1. a, 時空分辨等離子體暗場顯微鏡裝置示意圖; b, 細胞中單顆粒納米探針的暗場散射光成像；c, 紅色方塊區(qū)域三個探針的光譜成像，當激光加熱其中一個探針，其光譜發(fā)生明顯紅移；d, 該探針散射光譜隨著加熱激光功率增大的紅移值；e, 利用周期變化的激光功率實現對單個納米顆粒溫度的高精準實時調控。
博士研究生陳學勤、碩士研究生夏青為該工作的共同第一作者，陳洪淵院士對該工作的設計和完成進行了重要的指導，陳子軒副研究員和朱俊杰教授為該工作的共同通訊作者，張劍榮教授、閔乾昊副教授及曹越同學也對該工作做出了重要貢獻。該工作得到了國家自然科學基金委儀器項目（21427807，21327902）和重點項目（21335504）等課題的支持。
在國家自然科學基金委重大科研儀器研制項目的資助下，朱俊杰教授研究團隊近年來在研發(fā)高性能等離子體暗場顯微鏡、等離子體光熱顯微鏡以及電致化學發(fā)光顯微鏡中取得重要進展，并在此基礎上建立了一系列生物分析檢測方法。利用等離子體暗場顯微鏡和功能化金包銀納米棒探針，實現了對單個腫瘤細胞完整自噬過程的追蹤（J. Am. Chem. Soc. 2015, 137, 1903-1908）。同時，利用基于表面等離子體共振顯微鏡技術搭建的熱顯微成像平臺，則幫助人們對納米材料的光熱性質有了進一步了解，如金納米棒、石墨烯等（ACS Nano 2015, 9, 11574-11581）。
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