基于长余辉纳米探针的植物成像方法技术

本发明专利技术公开了一种基于长余辉纳米探针的植物成像方法，应用的方法包括：制备长余辉纳米探针，本方法使用的纳米探针是表面修饰聚丙烯酸的Zn

【技术实现步骤摘要】
基于长余辉纳米探针的植物成像方法


[0001]本专利技术涉及植物纳米毒理学领域，尤其涉及一种基于长余辉纳米探针的植物成像方法。

技术介绍

[0002]植物成像可以帮助阐明植物细胞的结构，描述细胞膜上的信号传递过程，以及揭示整个植物组织的形成和营养运输。常见的是利用荧光蛋白进行植物荧光成像进行植物细胞生物学研究。然而，由于植物组织内含有各种自荧光化合物，由此产生的非特异性背景荧光会导致在植物内很难观察到这些蛋白发出的荧光，此外，植物组织中含有不同折射率的成分(如空气、细胞壁、细胞质)，这些折射率失配导致光散射。近几年有研究人员提出开发发光纳米材料作为植物成像的荧光探针。首先，与使用有毒有机染料、荧光蛋白和其他物质的常规切片成像相比，用于成像的发光纳米颗粒安全有效。其次，在传统的观察方法中，需要机械切片来获得深层植物组织的高分辨率图像。然而，很难从机械切片中重建植物的完整结构，因为连续切片很费力，并且可能很难获得所需区域和方向的切片。最后，在体内成像中，发光纳米材料的长波激发光/发射光可以比常规荧光蛋白在植物组织内穿透更深，从而减少植物组织自身荧光对成像信号的干扰；另一方面，由于荧光纳米颗粒在不同组织中的积累不同，强弱荧光信号可以在相邻组织之间划出清晰的边界，容易区分。综上所述，近红外发光纳米颗粒是植物体内成像的理想材料。
[0003]与动物细胞相比，利用发光纳米颗粒对植物细胞成像的研究较少，但近几年在这一领域取得了重大进展。目前已被用于植物研究的发光纳米材料包括上转换纳米颗粒、量子点、碳点和其他发光纳米探针。Li等人的研究显示，生长在碳点胶体溶液中的绿豆芽在365nm紫外光下发出清晰的橙红色荧光，为绿豆吸收碳点提供了证据。此外，共聚焦显微镜扫描结果证实碳点通过质外体途径从根转移到茎和叶。Nordmann的研究小组也有类似发现，在980nm激光激发下，上转换纳米颗粒发射的绿色荧光主要集中在南瓜幼苗的根部，少数分布在茎和叶。这些研究证明以发光纳米材料为探针的生物成像技术是探索纳米颗粒在植物中吸收和积累的理想途径。但目前常用的发光材料需外界光源实时激发，会造成较强的背景荧光干扰，降低成像的信噪比。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的是提供一种基于长余辉纳米探针的植物成像方法，解决
技术介绍
中所记载的现有技术的问题。
[0005]实现本专利技术目的的技术方案是：一种基于长余辉纳米探针的植物成像方法，包括以下步骤：
[0006]步骤1：将20毫克长余辉纳米材料，分散在15毫升去离子水中，加入50毫克聚丙烯酸，混合液在冰浴中超声3小时后，再搅拌8
‑
12小时，然后将反应终液离心清洗，最终把成功修饰上聚丙烯酸的长余辉纳米颗粒保存在去离子水中，作为发光纳米探针备用。
[0007]步骤2：将步骤1得到的长余辉纳米探针通过植物水培介质暴露在植物生长环境中，分别在培养一天和六天后进行活体成像实验。
[0008]进一步地，所述步骤1所述的长余辉纳米材料为用水热法合成得到的Zn
1.1
Ga
1.8
Ge
0.1
O4:0.5％Cr近红外长余辉纳米材料。
[0009]进一步地，所述步骤1所述的混合液超声和搅拌时反应温度低于20℃。
[0010]进一步地，所述步骤2具体包括以下步骤：
[0011]步骤2.1：在植物水培介质中添加长余辉纳米探针，并以未添加纳米探针的去离子水为对照组，分别在23
±
1℃、无光照的恒温培养箱培养一天和六天后，将植物幼苗取出；
[0012]步骤2.2：用水彻底冲洗幼苗，然后用干净的纸擦干；
[0013]步骤2.3：选择长势接近的处理组和对照组，用LED灯对植物幼苗激发4分钟，然后立即在成像系统上采集余辉信号，曝光时间是180秒。
[0014]进一步地，所述步骤2.1中所述用于暴露实验的植物幼苗采用从种子催芽开始经纯水培养后，选择的长势相近、状态良好的绿豆芽。
[0015]进一步地，所述步骤2.1中所述长余辉纳米探针的暴露浓度是2mg/ml，超声10分钟后再用于培养绿豆芽。
[0016]进一步地，所述步骤2.3中所述激发光源采用波长为650nm的红色LED灯。
[0017]进一步地，待长余辉发光衰减完毕后，用波长为650nm的红色LED灯透过生物体重新激发，可重复成像。
[0018]本专利技术所提供的植物成像纳米探针属于光致发光检测探针，在LED灯(650nm)激发后可以通过CCD相机收集到植物上的余辉信号图像。本专利技术使用的主体材料为Zn
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Ga
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Ge
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O4:0.5％Cr(ZGGC)，是由水热法合成的，该材料为超小纳米材料，粒径约为10nm，能够穿过细胞壁进入植物细胞内，实现在植物体中的吸收和转移；该纳米材料具有良好的近红外余辉发光性能、水溶性以及表面易于修饰等优点。通过表面修饰，可以将带负电的功能基团修饰到纳米材料表面，从而研究带负电的纳米颗粒在植物体内的吸收、转移和生物积累。并且该长余辉纳米材料制备的探针可以在激发光源关闭后持续发光，可以抑制植物组织背景荧光干扰，因此极大地提高了成像的信噪比和灵敏度。本专利技术所提供的发光纳米探针在植物系统中具有巨大的实时成像潜力，可以进一步应用于监测植物中纳米颗粒的吸收、转运和积累。
[0019]采用了上述技术方案，本专利技术具有以下的有益效果：
[0020](1)本专利技术采用的纳米探针使用的原料丰富易得，制备工艺简单且产率高。本专利技术采用的长余辉发光纳米材料在停止激发后仍能持续发光数秒至数天，在持续时间极短的背景荧光完全消失后收集余辉信号，可以有效地消除自荧光干扰，极大地提高成像灵敏度，开创了长余辉纳米颗粒在植物体内纳米颗粒命运的研究中的先河。
[0021](2)本专利技术提供的方法除了能实现植物活体的高灵敏度成像，还可以省去切片、染色等操作，所用设备简单，近红外激发光源位于生物窗口对组织无损伤，可多次重复激发成像。
[0022](3)本专利技术探针制备简单，操作快捷，可作为植物纳米毒理学研究的成像工具。
[0023](4)本专利技术提供的探针具有良好的分散性、表面修饰方便且在生物窗口有较强的信号响应。
[0024](5)本专利技术提供的探针具有在激发光源关闭后持续发光的性质，有效避免植物组织背景荧光的干扰，极大提高了成像信噪比和灵敏度，克服了传统植物成像技术信噪比低的最大缺点。
[0025](6)本专利技术提供一种基于长余辉纳米探针的植物成像方法，采用水培介质直接暴露在成像对象中，方法简单，操作便捷。
[0026](7)本专利技术不需要使用大型仪器设备，用CCD相机即可收集余辉信号。
[0027](8)本专利技术提供一种基于长余辉纳米探针的植物成像方法，不仅能应用于单子叶植物，还可以推广应用到双子叶植物。
附图说明
[0028]为了使本专利技术的内容更容易被清楚地理解，下面根据具体实施例并结合本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于长余辉纳米探针的植物成像方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1：将20毫克长余辉纳米材料，分散在15毫升去离子水中，加入50毫克聚丙烯酸，混合液在冰浴中超声3小时后，再搅拌8
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12小时，然后将反应终液离心清洗，最终把成功修饰上聚丙烯酸的长余辉纳米颗粒保存在去离子水中，作为发光纳米探针备用。步骤2：将步骤1得到的长余辉纳米探针通过植物水培介质暴露在植物生长环境中，分别在培养一天和六天后进行活体成像实验。2.根据权利要求1所述的基于长余辉纳米探针的植物成像方法，其特征在：所述步骤1所述的长余辉纳米材料为用水热法合成得到的Zn
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O4:0.5％Cr近红外长余辉纳米材料。3.根据权利要求1所述的基于长余辉纳米探针的植物成像方法，其特征在于：所述步骤1所述的混合液超声和搅拌时反应温度低于20℃。4.根据权利要求1所述的基于长余辉纳米探针的植物成像方法，其特征在于：所述步骤2具体包括以下步骤：步骤2.1：在植物水培介质中添加长...

【专利技术属性】
技术研发人员：张云，俞可欣，李永裕，孙霞，史俊朋，
申请(专利权)人：厦门稀土材料研究所，
类型：发明
国别省市：