ACS AMI 西安交通大学冯怡团队：铜、氮碳纳米材料用于ATP比率型荧光检测

聚焦超声作为一种肿瘤治疗方案，可以诱导细胞外三磷酸腺苷(ATP)的释放，从而加强肿瘤的免疫治疗，并作为治疗标志物进行监测。近日，西安交通大学冯怡团队为了实现抗超声辐射的ATP检测探针，构建了一个铜/氮掺杂的碳纳米球(CNS)，它在438和578 nm处有两个荧光(FL)发射来检测超声调节的ATP释放。在掺铜/氮的碳纳米球中加入ATP可以恢复438 nm处的发光强度，其中ATP可能主要通过分子内电荷转移(ICT)和氢键诱导发射(HBIE)来增强发光强度。该比率探针对微量ATP的检测下限为0.068 μM，线性范围为0.2-0.6 μM。检测结果表明，长脉冲超声辐照(1.1 MHz) 可促进细胞内ATP的释放(+37%，p<0.001)，短脉冲超声(5 MHz)可抑制ATP的释放(−78%，p<0.001)。此外，对照组和双频超声照射组(+4%)之间的ATP释放量无显著差异。与ATP试剂盒检测结果一致。此外，还开展了all-ATP检测，以证明CNS具有抗超声性能，即它可以承受不同模式的聚焦超声照射，并实时检测all-ATP。在本研究中，抗超声探针具有制备简单、特异性高、检测下限低、生物相容性好、细胞成像能力强等优点。它具有作为多功能超声治疗剂的巨大潜力，可同时用于超声治疗、ATP监测。

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图1 CDs和CNS(N-CDs，N-CDs/RhB，Cu,N-CNS/RhB)的光学性质和稳定性。(A)各种CDs和CNS的荧光光谱。(B)在365 nm紫外光和环境光下依次加入Cu(II)和ATP的各种CDs和CNS溶液(CD1: N-CDs; CD2: N-CDs/RhB; CNS: Cu,N-CNS/RhB)。(C)反应时间和(D)溶液的pH值对Cu,N-CNS/RhB荧光的影响。在三种超声辐照方式下(E)和在ATP(0.2 μM) (F)存在下，测定了Cu,N-CNS/RhB的比值荧光。

图2 Cu,N-CNS/RhB和4T1细胞共孵育后不同时间的荧光细胞图像和荧光强度。分别于(A)0.5 h，(B)1.0 h，(C)4.0 h的亮场和荧光图像。(D)不同时间的细胞荧光强度。

本文设计并制备了一种抗超声的双发射比率荧光探针Cu,N-CNS/RhB，用于检测超声调节的ATP释放，作为合成CDs和CNS的方案，用于检测ATP和荧光细胞成像。用透射电子显微镜、X射线光电子能谱、傅立叶变换红外光谱、紫外-可见光谱和荧光光谱等手段分析了Cu,N-CNS/RhB的结构特征。对其细胞毒性、检测灵敏度、检测限、抗超声性能、细胞成像能力等进行了检测。随后，使用抗超声探针检测超声调节的小鼠乳腺癌细胞体外释放ATP的情况。由于Cu,N-CNS/RhB具有超声辐射和中空壳层结构，它不仅可以检测到超声调节的ATP释放，而且在协同超声治疗过程中显示出携带声敏剂和药物的巨大潜力，从而实现了一种高效的超声治疗技术。

论文题目：Ratiometric Fluorescent Detection of Ultrasound-Regulated ATP Release: An Ultrasound-Resistant Cu,N-Doped Carbon Nanosphere

原文链接：https://doi.org/10.1021/acsami.3c05720

转自：“NANO学术”微信公众号

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