用SARS-CoV-2刺突蛋白功能化的纳米颗粒表现出持续的绿色荧光：这些类似病毒的颗粒能够主动靶向特定细胞

《ACS Applied Bio Materials》：Persistent Green Luminescence in Nanoparticles Functionalized with SARS-CoV-2 Spike Proteins: Virus-Like Particles Showing Active Targeting toward Selected Cells

构建了SARS-CoV-2 S1蛋白修饰的Zn?GeO?:Mn2?持久发光纳米颗粒，靶向表达TLR的胰腺癌细胞，降低毒性并增强生物利用度。

　　随着纳米技术的快速发展，纳米颗粒（NPs）在生物传感和生物成像领域展现出巨大的潜力。特别是在生物医学研究中，纳米材料因其独特的光学特性而受到广泛关注。这些材料可以解决诸如背景自发荧光和光损伤等问题，例如在光诱导产生活性氧物种的实验中，可以利用分段光照技术来提高实验效率。然而，为了确保纳米颗粒在生物系统中的安全性以及实现对特定细胞类型的主动靶向，其表面功能化设计至关重要。本文提出了一种创新的策略，通过构建类似病毒的颗粒（VLPs），使纳米颗粒具备特定的生物识别能力，同时保持其持久发光特性，从而提高其在生物成像和生物传感中的应用效果。

我们选择了具有高效绿色持久发光特性的Mn掺杂Zn?GeO?纳米颗粒，并在其表面引入了所谓的“人工冠层”，即由SARS-CoV-2 S1刺突蛋白组成。这种设计不仅保留了纳米颗粒的光学性能，如稳定的绿色发光和持久的衰减时间（数十秒），还显著降低了细胞毒性，并在具有Toll样受体（TLRs）的细胞中表现出更高的细胞摄取率。这些纳米颗粒在不携带遗传物质的情况下，能够模仿病毒的形态、电荷和尺寸，从而引导其进入特定的细胞类型。这种策略为纳米材料在生物医学中的应用提供了新的思路，使它们能够安全地用于光学成像和靶向治疗。

在实验部分，我们详细描述了Zn?GeO?:Mn2?纳米颗粒的合成过程。通过调整反应体系的pH值，我们获得了不同尺寸和形状的纳米颗粒。合成过程中使用了高纯度的化学试剂，包括硝酸锌、氧化锗、硝酸锰和氢氧化钠等。通过精确控制反应条件，我们成功制备了具有特定光学特性的纳米颗粒。进一步地，我们选择了在pH 9.5条件下合成的纳米颗粒作为基础材料，并在其表面修饰了SARS-CoV-2 S1刺突蛋白。为了确保修饰的准确性和有效性，我们进行了详细的表征，包括ζ电位测量、蛋白质分析和晶体结构表征。这些实验结果不仅验证了纳米颗粒表面修饰的成功，还表明修饰后的纳米颗粒在保持其光学特性的同时，具有更好的生物相容性。

在生物活性研究中，我们使用了流式细胞术和荧光显微镜技术来评估纳米颗粒的细胞摄取能力。实验结果表明，修饰后的纳米颗粒在具有TLRs的BxPC-3细胞中表现出显著的摄取率，而在缺乏TLRs的Jurkat细胞中则几乎不被摄取。这一现象说明了TLRs在纳米颗粒识别和内化过程中的重要作用。此外，通过荧光标记的刺突蛋白进行实验，我们进一步确认了纳米颗粒在细胞内的分布情况，为后续的生物医学应用提供了有力支持。

我们还通过细胞骨架染色和光学成像技术，评估了纳米颗粒对细胞结构的影响。结果显示，未修饰的纳米颗粒在细胞中引起了明显的结构变化，如细胞收缩和细胞密度下降，这可能与氧化应激或膜破坏有关。而修饰后的纳米颗粒则保持了细胞骨架的完整性，表明其表面功能化有效减轻了细胞毒性。这一发现强调了生物功能化在提高纳米材料安全性方面的重要性。

在讨论部分，我们分析了不同pH值对纳米颗粒光学性能的影响。结果表明，pH值的变化显著影响纳米颗粒的发光强度和衰减时间。例如，在pH 6.0条件下，纳米颗粒的发光强度最高，而在pH 9.5条件下，其发光强度相对较低，但衰减时间仍保持在合理范围内。此外，我们还通过热发光（TL）测量，评估了纳米颗粒内部的缺陷陷阱特性，这些陷阱对于维持持久发光至关重要。

通过上述研究，我们验证了表面功能化对纳米颗粒光学性能和生物活性的影响。结果显示，修饰后的纳米颗粒不仅保持了其发光特性，还显著提高了其在特定细胞类型中的靶向能力。这一发现为纳米材料在生物医学领域的应用提供了新的可能性，尤其是在癌症治疗和疫苗开发方面。未来的研究应进一步探讨这些纳米颗粒与细胞受体的相互作用机制，以及其在体内环境中的分布、清除和免疫反应等方面的表现。这些研究将有助于更全面地评估其在实际生物医学应用中的潜力。