光学前沿动态
OPTICS FRONTIERS
09
2024
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10
华中师范大学杨光富团队研究设计一种可见光激活的偶氮荧光开关，用于成像引导和光控制抗真菌药物的释放
作者：
偶氮开关作为光响应系统的重要元件被广泛应用。
2024年10月7日，华中师范大学杨光富及尹军共同通讯在Nature Communications 在线发表题为“A visible light-activated azo-fluorescent switch for imaging-guided and light-controlled release of antimycotics”的研究论文，该研究开发了一种偶氮荧光开关，它是可见光响应的，它的光响应过程可以用荧光成像来监测。
可见光照射促进异构化，伴随着荧光的变化，使这一过程能够通过荧光成像进行监测。此外，我们记录了含偶氮的脂质体封装纳米颗粒在异构化过程中的纳米腔尺寸的变化，并表明这种变化能够构建光响应纳米平台，用于光学控制抗真菌药物的释放。同时，自然光激活带有抗真菌剂的开关纳米颗粒会导致枯丝核菌死亡。结果表明，与小分子抗真菌药物相比，这些纳米颗粒的保持期可延长一倍。用于设计成像引导光控纳米抗真菌释放系统的策略可适用于各种药物的控制递送方案。
偶氮化合物在材料科学中通常用作分子开关，因为它们能够在光的作用下在E和Z形式之间进行可逆异构化。由于其非侵入性和生物相容性，可见光激活偶氮光开关在生物系统中的潜在应用受到了广泛关注。特别是，偶氮光开关已被开发用于工程生物分子，如蛋白质和核酸，因此它们的功能可以通过可见光诱导的构象变化来控制。近年来，偶氮开关介导的光学控制已被用于探索和操纵各种细胞过程。而分子结构的改变和光对细胞行为的调控主要表现在细胞微环境水平。应该有可能设计出新型的偶氮开关，将生物过程的光控制与用于光学跟踪和监测动态过程的荧光成像技术相协调。因此，使用这种策略设计的新型偶氮荧光分子开关的E-Z光异构化不仅可以用光调节生物过程，还可以诱导荧光变化，以信号传导和评估光调节事件。
构建偶氮荧光分子开关的典型策略包括在偶氮单元或偶氮苯部分的末端直接引入荧光团。然而，荧光团修饰的偶氮化合物通常容易受到荧光猝灭的影响，这是由荧光团和偶氮单元之间的荧光共振能量转移(FRET)引起的。此外，引入荧光团可对光异构化效率产生有害影响，并经常引起细胞毒性和生物不相容。此外，具有与偶氮基团直接相连的荧光团的偶氮化合物很难用简单的合成方法制备。直接结合偶氮芳烃基团作为偶氮荧光分子开关的平台可能能够避免这些问题。然而，众所周知，偶氮芳烃经历由快速内部转换引起的非辐射过程，导致能量以热而不是发光的形式耗散。
在考虑可能规避这些问题的替代策略时，研究关注设计可见光激活的偶氮荧光分子开关，该开关包含偶氮芳烯N=N双键作为分离电子供体和电子受体的共轭桥。研究认为这种方法可以创建一个供体-受体(D-A)系统。研究评估了可见光激活的偶氮荧光分子开关在体外和体内的光开关性能。证明了这种光激活开关在细胞微环境中的E,Z光异构化可以通过荧光成像来监测。这种偶氮荧光开关的光异构化所促进的结构变化被用作光控释放药物的纳米平台的基础。
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