利用连续光受激发射损耗显微技术研究细胞对多壁碳纳米管的摄取机制

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AI项目解读

基本信息

  • 批准号：
    61008056
  • 项目类别：
    青年科学基金项目
  • 资助金额：
    23.0万
  • 负责人：
    邓素辉
  • 依托单位：
    中国科学院上海应用物理研究所
  • 学科分类：
    F0516.交叉学科中的光学问题
  • 结题年份：
    2013
  • 批准年份：
    2010
  • 项目状态：
    已结题
  • 起止时间：
    2011-01-01 至2013-12-31

项目摘要

碳纳米管作为一种重要的纳米材料，有望成为新一代的药物载体，从而在生物医学中发挥重要作用。由于碳纳米管尺度在光学衍射极限以内以及缺乏突破衍射极限的光学显微镜技术，导致其进入细胞的机制及胞内定位仍然存在争议，这方面的研究对显微系统的分辨率提出很高的要求。受激发射损耗显微术（STED）克服了衍射极限，是超分辨光学显微镜的典型代表，有可能为解决此纳米生物学的重要问题提供强有力的技术手段。本项目拟在商品化的激光扫描共聚焦荧光显微镜（LSCM）基础上发展一套操作简单，工作稳定，快速成像，适合实际生命科学研究的连续光受激发射损耗显微(CW-STED)成像系统，并实现其双色成像和三维超分辨成像功能。使用该系统对不同修饰的碳纳米管进入细胞的全过程，及其在细胞内的定位和转运过程进行高分辨可视化研究，能够帮助揭示碳纳米管和细胞相互作用的深层次机制，为其在生物医药领域的大规模使用奠定坚实的基础。

结项摘要

经过三年来的研究，本课题开展了连续光受激发射损耗显微镜（CW-STED）系统的研制，实现了突破光学衍射极限的70nm的分辨率，同时，利用该系统的超高分辨率，对细胞内碳纳米管的分布进行了高分辨可视化研究。首先，我们在商品化的激光扫描共聚焦荧光显微镜（LSCM）的基础上，成功建立起一套操作简单，工作稳定，快速成像，适合实际生命科学研究的连续光受激发射损耗显微镜。在这个过程中，设计了整套装置的光路，完成了损耗光系统的准直和整形，损耗光耦合进入显微镜的光学和机械元件的设计与加工，损耗光与激发光空间同步，中心零光强分布的损耗光焦斑模式的调节与探测，减小背景噪声的探测系统的调试，及系统正常工作的参数优化等过程。使用90nm金颗粒的扫描成像，实现中心零点光强（<7%）分布的损耗环形光斑，获得了激发光和损耗光焦斑在横向和纵向扫描的点扩散函数分布，数据表明两光斑基本重叠，横向上两焦斑中心相差约8nm，远小于20nm的实验允许误差范围。利用20nm大小的荧光小球和尺寸约6nm的DNA四面体对系统的分辨率进行了测量，将其与相同参数下对应的共聚焦成像图片进行了对比，表明该装置实现了突破光学衍射极限的超分辨成像，获得了70nm的超高分辨率，分辨能力是原共聚焦显微镜的4倍。此外，我们还发现使用偶联了Atto488-Atto540Q分子对的DNA探针标记的Hela细胞微管为样品，可实现CW-STED系统与饱和荧光共振能量转移显微镜（Saturated FRET microscopy，SFM）联用，进一步提高了系统分辨率。.借助于CW-STED系统的超高分辨率，在亚细胞层次上对进入细胞的碳纳米管的分布定位进行了研究，结果发现碳纳米管的分布是不均一的，明显富集在细胞核周围的细胞质基质中，并且是以不同程度的聚集状态存在的。碳纳米管通过网格蛋白依赖的内吞途径进入细胞的，超分辨图像中大小不一的荧光团就是碳管在内吞过程中形成的不同大小的泡状结构。

项目成果

期刊论文数量（6）
专著数量（0）
科研奖励数量（0）
会议论文数量（0）
专利数量（0）
金属离子在碳纳米管上的吸附及其对环境毒理学的影响
  • DOI：
    --
  • 发表时间：
    2011
  • 期刊：
    核技术
  • 影响因子：
    --
  • 作者：
    张瑜;诸颖;李晴暖;陈文;韩博;李文新;黄庆
  • 通讯作者：
    黄庆
Superresolution imaging of DNA tetrahedral nanostructures in cells by STED method with continuous wave lasers
利用连续波激光 STED 方法对细胞内 DNA 四面体纳米结构进行超分辨率成像
  • DOI：
    10.3788/col201412.041101
  • 发表时间：
    2014
  • 期刊：
    Chinese Optics Letters
  • 影响因子：
    3.5
  • 作者：
    Jiancong Du;Suhui Deng;Shangguo Hou;Lingling Qiao;Jianfang Chen;Qing Huang;Chunhai Fan;Ya Cheng;Yun Zhao
  • 通讯作者：
    Yun Zhao
超分辨光学显微镜的生物学应用
  • DOI：
    --
  • 发表时间：
    2013
  • 期刊：
    核技术
  • 影响因子：
    --
  • 作者：
    毛秀海;杜建聪;黄庆;樊春海;邓素辉
  • 通讯作者：
    邓素辉
Tuning the cellular uptake and cytotoxicity of carbon nanotubes by surface hydroxylation
通过表面羟基化调节碳纳米管的细胞摄取和细胞毒性
  • DOI：
    10.1007/s11051-011-0603-9
  • 发表时间：
    2011-10
  • 期刊：
    Journal of Nanoparticle Research
  • 影响因子：
    2.5
  • 作者：
    Xiaoyong Zhang;Ying Zhu;Jing Li;Zhiyong Zhu;Jingye Li;Wenxin Li;Qing Huang
  • 通讯作者：
    Qing Huang

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其他文献

Super-resolution imaging method based on fluorescence resonance energy transfer
基于荧光共振能量转移的超分辨成像方法
  • DOI：
    --
  • 发表时间：
    2012
  • 期刊：
  • 影响因子：
    --
  • 作者：
    樊春海;黄庆;程亚;陈建芳;邓素辉;梁乐
  • 通讯作者：
    梁乐
亚细胞结构的超高分辨成像研究
  • DOI：
    --
  • 发表时间：
    2014
  • 期刊：
    辐射研究与辐射工艺学报
  • 影响因子：
    --
  • 作者：
    贾思思;梁乐;邓素辉;侯尚国;柳华杰;黄庆;樊春海
  • 通讯作者：
    樊春海
基于环形光瞳提高荧光辐射差分超分辨显微镜的成像分辨率
  • DOI：
    --
  • 发表时间：
    2019
  • 期刊：
    光学学报
  • 影响因子：
    --
  • 作者：
    邓素辉;胡杰;肖轶平;刘明萍
  • 通讯作者：
    刘明萍
Efficient Fast Time-Domain Processing Framework for Airborne Bistatic SAR Continuous Imaging Integrated With Data-Driven Motion Compensation
与数据驱动运动补偿集成的机载双基地 SAR 连续成像高效快速时域处理框架
  • DOI：
    10.1109/tgrs.2021.3099204
  • 发表时间：
    2021-08
  • 期刊：
    IEEE TRANSACTIONS ON GEOSCIENCE AND REMOTE SENSING
  • 影响因子：
    8.2
  • 作者：
    许高添;周松;杨磊;邓素辉;王玉皞;邢孟道
  • 通讯作者：
    邢孟道

其他文献

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课题项目：调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要：

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题，其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子，其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而，TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用，影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法，探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用，为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义，并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路：

科学问题：TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达？
前期研究：已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应，但其具体机制尚不明确。
研究创新点：本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线：包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术：TRIM2与病毒RNA的相互作用分析，IFN-β启动子活性检测。
实验模型：使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

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          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
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