第一作者：ZhiyongGong(龚智勇)博士

通讯作者：Yaozhang(张垚)教授YuchaoLi(李宇超)副教授

通讯单位：JinanUniversity暨南大学

撰稿：ZhiyongGong

背景介绍生物组织的温度是与所有高级生物的生命活动密切相关的重要指征。单细胞精度下的温度探测是分析细胞生长、凋亡等基本生命行为的关键。如何构建生物兼容的单细胞温度传感器成为相关研究领域面临的重要科学问题。针对这一问题，暨南大学纳米光子学研究院张垚教授和李宇超副教授团队提出利用天然的蜘蛛丝作为微纳光纤来构建具有生物兼容性和单细胞精度的细胞温度计，精确地探测肿瘤细胞不同位置的温度，并监测其在凋亡过程中的温度变化。相关成果以“Upconversionnanoparticledecoratedspidersilksassingle-cellthermometers”为题发表在NanoLetters。研究进展单细胞精度下的无创、敏感测温对于分析细胞基本生命过程和癌症诊断而言是至关重要的。温度敏感纳米材料修饰的光纤已成为一种被广泛用于生物测温的材料。然而，普通的石英光纤或聚合物光纤在生物系统中的相容性和可降解性都比较低。利用天然材料来构建光纤传感器件并用于单细胞测温已成为细胞生物学的应用需求之一。为此，暨南大学纳米光子学研究院张垚教授、李宇超副教授团队的研究人员从大腹园蛛的丝腺中直接提取了不同直径的蜘蛛丝，以此作为构建生物兼容性微纳光纤传感器件的基本结构（图一）。利用光热和光梯度力的协同作用，可将核壳结构的上转换荧光纳米颗粒均匀地修饰在蜘蛛丝表面，并将波长纳米的激光通入蜘蛛丝中激发出上转换荧光。由于上转换颗粒中离子相邻的跃迁能级存在热耦合效应，其荧光光谱中相邻波长的强度比值与温度线性相关，因此可通过测量上转换荧光光谱对单个活细胞的局部温度进行测量，其绝对灵敏度和相对灵敏度分别为3.3-4.5×10-3K-1和0.2-0.8%K-1。图一：从大腹园蛛丝腺中提取出不同直径的蜘蛛丝，并以此构建生物兼容性微纳光纤传感器件。研究人员将上转换颗粒修饰过的蜘蛛丝温度计放置在乳腺癌细胞表面，通过测量蜘蛛丝不同位置的上转换荧光光谱，可以得到细胞不同部位的细胞膜温度分布（图二a-c）；利用这种蜘蛛丝温度计还可以对乳腺癌细胞凋亡过程中的温度变化进行实时监测（图二d-h）。该研究成果为精确的生物传感和单细胞分析提供了一种生物兼容的有效工具。图二：蜘蛛丝温度计探测单细胞膜温。（a-c）对单个乳腺癌细胞不同位置的温度进行测量；（d-h）实时监测细胞凋亡过程中的温度变化。论文链接：DOI:10./acs.nanolett.0c