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華南師范大學鄧小元教授團隊:硼摻雜石墨烯量子點的二次諧波效應應用于干細胞成像和傷口愈合超精確跟蹤

近日,華南師范大學鄧小元教授和Ying Jin教授(共同通訊作者)在Adv. Funct. Mater. 上發表了一篇題為“New Opportunities: Second Harmonic Generation of Boron-Doped Graphene Quantum Dots for Stem Cells Imaging and Ultraprecise Tracking in Wound Healing”是文章。研究者合成一種具有二次諧波效應(SHG)的硼摻雜石墨烯量子點(B-GQDs)材料應用于干細胞成像,并且可以實現傷口愈合的超精確跟蹤。

【圖文簡介】

1 B-GQDs表征

華南師范大學鄧小元教授團隊:硼摻雜石墨烯量子點的二次諧波效應應用于干細胞成像和傷口愈合超精確跟蹤

a) B-GQD合成示意圖;

b-e) TEM,HRTEM,AFM圖;

f) 高度分布;

g-h) XRD和拉曼譜。

2 B-GQDsSHG信號特性和圖像

華南師范大學鄧小元教授團隊:硼摻雜石墨烯量子點的二次諧波效應應用于干細胞成像和傷口愈合超精確跟蹤

a) 隨著功率的增加,在830nm激發下的SHG信號頻譜;

b) SHG強度與激光功率的關系;c) 多通道模式用于在830 nm激發波長下檢測410-420 nm范圍內的B-GQDS發射信號,以實現成像;

d-f) 證明B-GQDs成像具有優異的信噪比;

g) Lambda模式下的高精準圖像。

3 B-GQDs對小鼠干細胞的成骨分化的影響以及B-GQDs的細胞毒性評價

華南師范大學鄧小元教授團隊:硼摻雜石墨烯量子點的二次諧波效應應用于干細胞成像和傷口愈合超精確跟蹤

a-b) 定量分析不同濃度(80、40和20μg ml?1)或僅在第3天和第5天以培養基作為對照的b-gqds處理的MMSCs的特定成骨基因(runx-2,alp)的mRNA表達;

c) B-GQDs體外細胞毒性分析:用B-GQDs孵育3天后,評估EMT6和MMSC細胞的存活率;

d) B-GQDs的體內細胞毒性分析:將濃度為1 mg ml?1的B-GQDs注射到小鼠體內,然后對注射和未注射(對照)動物的心臟、肝臟、脾臟、肺和腎臟的H&E染色組織進行分析

4?用于體外細胞追蹤和成像的B-GQDS

華南師范大學鄧小元教授團隊:硼摻雜石墨烯量子點的二次諧波效應應用于干細胞成像和傷口愈合超精確跟蹤

a) 使用帶B-GQDs的EMT6細胞的SHG圖像。紅點為B-GQDS的SHG;

b)使用帶B-GQDs的MMSCS的SHG圖像;

c)體外BGQDs的MMSCs的延時圖像;

d)激光照射下SHG和GFP強度隨時間的變化。

5?在小鼠皮膚組織中,b-gqds顯示出優于背景的信號,并且可以通過增加成像深度進行檢測

華南師范大學鄧小元教授團隊:硼摻雜石墨烯量子點的二次諧波效應應用于干細胞成像和傷口愈合超精確跟蹤

a) 將b-gqds內化為MMSCs的三維掃描圖像接種于ADM體外;

b)B-GQDS與膠原體內SHG成像敏感性比較;亮點:B-GQDS產生的SHG;紅色:膠原蛋白產生的SHG;

c)相同激光功率(30 mW)下,B-GQDS與膠原的SHG強度比較;

d)創面再生皮膚組織三維掃描圖像(0.21mm×0.21mm×0.24mm);

e)3D圖像中約200和130微米深度處的橫截面圖顯示存在B-GQD。亮點:b-gqds產生的shg;紅色:膠原蛋白產生的shg;綠色:MMSCs的gfp產生的熒光。比例尺為20微米。

6?隨著時間的推移,用B-GQDS在體外和在體內對MMSCs進行成像和跟蹤

華南師范大學鄧小元教授團隊:硼摻雜石墨烯量子點的二次諧波效應應用于干細胞成像和傷口愈合超精確跟蹤

a) 7天、14天、21天、28天和35天后,用b-gqds對mmsc進行體外跟蹤。亮點:b-gqds產生的shg;綠色:MMSCs的gfp產生的熒光;

b)在7天、14天、21天、28天和35天之后,將mmsc–adm植入100–200μm深度的小鼠皮膚傷口后的體內跟蹤。紅色:膠原蛋白形成的SHG;亮點:B-GQD形成的SHG;綠色:MMSCs的GFP產生的熒光。比例尺為20微米。

【小結】

研究者通過摻雜硼原子(≈11納米和單碳原子厚度)制備了一種新的石墨烯量子點,它產生了一種強SHG非線性光信號。無探頭用于SHG成像和跟蹤。并且進一步證明了B-GQDS在體外和體內對干細胞無毒性。B-GQDs表現出良好的生物相容性和長期的光穩定性,可以在傷口愈合模型中成功跟蹤皮膚組織35天以上。研究者認為這種具有高生物相容性和量子點尺寸的新材料可以作為一種有前途的用于成像和長期跟蹤的SHG納米探針。

 

文獻鏈接?New Opportunities: Second Harmonic Generation of Boron-Doped Graphene Quantum Dots for Stem Cells ?Imaging and Ultraprecise Tracking in Wound Healing,?2019, Adv. Funct. Mater. DOI: 10.1002/adfm.201902235

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