可充电纳米火炬余辉发光成像实时跟踪基于细胞的微型机器人

余辉发光纳米探针为活细胞成像开辟了新的可能性。正如一个研究小组在《AngewandteChemie国际版》杂志上报道的那样，他们的新型“纳米火炬”在单次激发后可以持续发光10天以上。

这使得微型机器人穿过身体的路线可以被实时跟踪。此外，它还可以通过近红外(NIR)光以非接触的方式进行非侵入性“充电”。

巨噬细胞是重要的免疫细胞，可以“吃掉”细菌并参与癌细胞的处理。此外，它们还可以吸收药物并将其转运到细胞中，包括肿瘤细胞。如果它们吸收磁性纳米粒子，巨噬细胞可以被磁铁引导到体内的目标区域，例如肿瘤。这使得巨噬细胞“微型机器人”能够减少与化疗相关的副作用。

当微型机器人在体内移动时，能够随着时间的推移对其进行跟踪将非常有用。荧光成像技术已被考虑，但需要持续的外部照射。其原因是许多生物分子的自发荧光产生高水平的背景噪声。此外，进入组织所需的可见光和紫外光穿过组织的有限穿透深度限制了检测深度。

一种替代方案是使用可以在手术前进行照射并产生余辉的探针。然而，余辉持久的无机纳米粒子存在重金属离子泄漏的风险;而有机化合物的发光时间很短，不能反复激发。

中国科学院深圳先进技术研究院(中国)的一个团队与土耳其科奇大学合作，现已开发出一种“可充电纳米火炬”。它由多种成分组成：发光有机分子前体的纳米颗粒、光敏剂(亚甲蓝的疏水类似物)和配备细胞穿透肽的聚乙二醇。

光敏剂吸收近红外光并激发周围的氧分子。然后，这种高反应性的单线态氧与前体结合并形成二氧杂环丁烷基团，即由两个氧原子和两个碳原子组成的四元环。它经历重排，释放所需的发光分子并通过发光释放多余的能量。初次照射后，纳米炬继续发光十天。

一旦耗尽，纳米炬可以“远程”充电，并通过近红外光的外部辐射再次发光，可以多次深入组织。这需要选择光敏剂和发光分子前体的相对量，使得每次照射时只有一些前体被激活。这允许在更长的时间内成像。

由张鹏飞、龚平和蔡林涛领导的中国团队与萨法坎-科莱曼领导的土耳其团队合作，将这些新型纳米火炬引入基于巨噬细胞的微型机器人中，并能够真实地沿着它们的磁铁引导路径穿过小鼠的身体通过发光信号的时间。