1. 設計并合成了一種具有溫敏特性的雜化納米粒子CNP；2. 將黃色發光染料和紅色發光染料封裝于納米粒子中，通過級聯熒光共振能量轉移可以很容易地調節熒光顏色；3. 這種可逆熱致變色特性的雜化納米粒子可以作為活細胞的溫度探針。溫度是細胞的關鍵物理參數，因為它參與調節細胞內的每一個生化反應和生物過程。檢測活細胞，特別是病變細胞(如炎癥細胞和腫瘤細胞)的胞內溫度，可以為它們的病理和生理研究提供有價值的參考，同時反過來又有助于精準診斷和治療。目前，已開發了許多有前景的局部溫度傳感方法，包括掃描探針顯微鏡、拉曼光譜等。這些方法大多存在諸如靈敏度低、受局部化學環境和周圍介質的光學性質影響等缺點。近年來，利用熒光有機納米粒子或蛋白檢測細胞內溫度的熒光熱成像技術已成為一種靈敏度高、準確度高的有效方法。然而，它們對單色熒光強度變化的依賴性限制了它們的推廣。考慮到不同細胞、組織和器官的深度和光響應性，用激發的多色熒光而不是強度來報告不均勻的物理化學參數似乎是一種選擇。因此，開發熱調節的多色熒光材料，特別是覆蓋所有可見波長的白光發光材料，具有廣泛的適用性。有鑒于此，華中科技大學張春、香港科技大學唐本忠等人以聚集誘導發光分子四苯基乙烯（TPE）籠為引發劑，通過原子轉移自由基聚合合成了兩親性籠型聚（N-異丙基丙烯酰胺）（PNIPAM）聚合物（CNPs）。兩親性CNPs在水介質中會組裝成納米粒子，其藍光發射作為三基色之一，只需加入4-二甲氨基-2’-丁氧查爾酮（DMBC，用于黃色發射）和尼羅紅（NR，用于紅色發射）即可調諧。當內部發生級聯熒光共振能量轉移（FRET）時，即可實現一個三基色熒光系統，通過調節這些熒光團的質量比，可設計其發射的顏色。由于異丙基之間的疏水相互作用與連接酰胺和水的氫鍵競爭，CNPs上的PNIAM會隨溫度的變化而縮小或延長，隨之而來的可逆空間變化通過調整FRET-pairs的距離或苯環的分子內運動來實現熱致變色。最終結果表明，這種生物相容的熱響應材料在報告細胞內溫度方面是非常有效的。首先合成了基于TPE的含氧杯芳烴籠TC1，然后用N-(2-氨基乙基)-2-溴-2-甲基丙酰胺4修飾TC1，合成了TC2作為ATRP反應的引發劑。TC2與800當量的NIPAM在CuCl/Me6TREN催化下于DMSO/i--PrOH中室溫反應3 d后，通過ATRP構建CNPs，所得CNPs用去離子水透析純化。CNPs可以組裝成納米粒子，在水中發出強烈的藍色熒光。在CNPs (0.5 mg/mL)的水溶液中加入不同劑量的DMBC和NR可以將雜化納米顆粒的熒光顏色調到全色。當mCNP：mDMBC：mNR=1：6.40×10?3：2.24×10?3時，雜化納米粒子的熒光可以調諧為白光發射。由于CNPs的可逆溫敏特性，雜化納米粒子的熒光顏色表現出可逆的溫度依賴性。它可以在加熱至45℃后從白色發光調諧到橙色發光，并在冷卻到室溫后恢復為白色發光。考慮到在水介質中25?45℃溫度范圍內具有良好的熱敏熒光顏色變化，白光發射雜化納米顆粒（WCNPs）被引入到細胞內作為胞內溫度探針。細胞毒性實驗結果表明其具有良好的生物相容性。WCNPs內化并均勻分布于胞漿中。在25℃的重疊圖像中顯示出與WCNPs內吞之前相似的白光發射，說明它們在胞漿中穩定組裝。隨著活細胞所能承受的溫度從25℃升高至45℃，450~530 nm的熒光強度減弱，620 nm的熒光強度增加，熒光顏色明顯由白變紅，表明WCNPs是一種理想的胞內溫度探針。該此研究提出了一種用ATRP法合成CNPs的方法。將客體染料封裝到疏水結構域中，通過級聯FRET可以很容易地調節CNPs的熒光顏色，這為在水介質中構建全光譜發光雜化納米粒子提供了一種簡單的方法。此外，利用CNPs的溫度敏感性，這種具有可逆熱致變色特性的雜化納米粒子可以作為活細胞的溫度探針。利用自組裝方法構建熒光探針，通過熒光顏色的變化來傳感胞內溫度，不僅容易讀出，分辨率高，而且成本低，可以避免繁瑣的合成過程。Zhen Wang, Xuewen He, Tuying Yong, et al. Multicolor Tunable Polymeric Nanoparticle from the Tetraphenylethylene Cage for Temperature Sensing in Living Cells, J. Am. Chem. Soc., 2019.DOI: 10.1021/jacs.9b11544https://doi.org/10.1021/jacs.9b11544
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