Quatsomes作为多功能荧光纳米载体：伊红Y的稳定负载及其与膜染料的F?rster共振能量转移

《Nanoscale Advances》：Quatsomes as versatile fluorescent nanocarriers: stable Eosin Y loading and FRET with a membrane dye

　　

荧光纳米探针是先进生物成像与光学传感的核心组件，可实现超越分子染料的高亮度、光稳定性及多功能性。在单一纳米载体中集成多种染料可增强信号并实现单体系多色成像，然而开发能够稳定包封具有不同溶解性及理化性质的多荧光探针的纳米平台仍面临重大挑战。本研究展示了将亲水性染料伊红Y(Eosin Y, EoY)与疏水性染料DiD高效共包封于Quatsomes(QSs)中的策略，QSs是一类由离子型表面活性剂与甾醇组成的稳定非脂质体纳米囊泡。QSs作为多功能纳米载体，在药物递送与生物成像领域具有重要应用价值，可包封不同功能分子。研究提出两种伊红Y负载策略：(a)纳米囊泡制备过程中的预组装负载；(b)纳米囊泡形成后的后组装负载（孵育）。疏水性探针DiD凭借其长烷基链可轻易插入QSs膜中，而研究结果表明亲水性染料伊红Y也可实现高效稳定包封，甚至在囊泡形成后仍可负载。这为按需调控QSs发射性能提供了可能，前提是选用与QSs体系具有合适结构亲和力的亲水性染料。此外，伊红Y与DiD是兼容F?rster共振能量转移(FRET)的染料对。同一载体上两个荧光团之间的FRET可提供纳米尺度相互作用的灵敏读出，将分子邻近性转化为可测量的光学信号。综上，本研究确立了QSs作为多功能模块化纳米平台在多彩色生物成像与光学传感中的应用潜力，兼具稳定性与发射性能的按需可调性。

《Nanoscale Advances》论文解读：Quatsomes多功能荧光纳米载体的构建与FRET应用

研究背景与意义

荧光探针在生物成像、化学传感和光电子学领域占据核心地位，下一代探针需同时满足高亮度、光稳定性、复杂环境化学稳定性及纳米尺度局域结构与相互作用示踪能力。传统分子染料难以兼顾上述多重需求，纳米结构荧光平台因此成为突破瓶颈的关键路径。Quatsomes(QSs)是由季铵盐类离子表面活性剂与胆固醇等甾醇衍生物组成的热力学稳定非脂质体纳米囊泡，直径通常小于200 nm，在pH、温度及离子强度波动下仍能保持结构完整性，已在药物递送与生物成像领域展现出应用前景。现有研究已证实QSs可有效负载疏水性荧光团、硅纳米晶体及蛋白质，并在负载DiI与DiD膜锚定花青染料对时实现F?rster共振能量转移(FRET)。然而亲水性染料在CTAB基QSs中的包封策略长期未被深入探索，早期尝试负载荧光素因无法形成稳定相互作用而失败，仅近期有吲哚菁绿负载的成功案例，同时包封不同溶解性荧光探针以实现多功能光学纳米平台的潜力尚未被充分挖掘。针对上述空白，本研究以伊红Y(Eosin Y, EoY)为亲水性模型染料，系统评估其在QSs中的负载效率与定位，并验证其与膜内疏水性染料DiD的FRET性能，为QSs的模块化功能设计提供实验依据。

关键技术方法

研究采用DELOS-SUSP（膨胀液体有机溶液悬浮液泄压法）制备CTAB/胆固醇QSs，分别通过预组装负载（囊泡形成阶段加入EoY）与后组装负载（囊泡形成后孵育EoY）两种策略构建单载与双载体系。所有样品经切向流过滤(TFF)纯化去除游离染料与未包封组分，采用动态光散射(DLS)、电泳光散射(ELS)表征粒径与ζ电位，冷冻透射电子显微镜(cryo-TEM)观察形貌，紫外-可见吸收光谱、稳态与瞬态荧光光谱分析光物理性质，双光子显微镜验证染料定位，最终通过荧光寿命计算FRET效率。

研究结果

包封效率与定位分析

两种负载策略下EoY与DiD的包封效率均达70%–90%，且EoY浓度在140–320 μM范围内未出现饱和现象。EoY的pK_a值为2.0与3.8，在样品pH（约5–6）下主要以双阴离子形式存在，可与QSs阳离子膜表面发生强静电作用；溴取代基进一步降低其pK_a并增强膜亲和力，是其高包封效率的核心原因。光谱分析显示EoY在QSs中的吸收与发射峰相较于水溶液轻微红移，表明其处于比本体水极性更低的环境，定位于膜界面而非囊泡水腔。

理化性质表征

DLS结果显示两种负载方式所得QSs流体力学直径均在80–100 nm范围，后组装负载样品直径略大，多分散指数(PdI)≤0.41，无显著聚集。所有体系ζ电位均高于+25 mV，显示良好胶体稳定性；后组装负载样品ζ电位降低更显著，提示更多EoY吸附于外膜表面。cryo-TEM图像证实QSs均保持完整单室球形囊泡形态，无结构破坏。

光物理表征与FRET验证

EoY在QSs中的荧光量子产率达32%–33%，高于自由EoY水溶液的25%，且无聚集导致的光谱畸变。双载体系中，选择性激发EoY可在475 nm激发波长下检测到强烈的DiD发射，证实FRET发生；预组装负载体系FRET效率达41%，高于后组装体系的26%，原因是预组装时EoY可分布于膜内外叶，与DiD的空间重叠概率更高。荧光寿命衰减与激发光谱进一步验证了FRET过程的存在，且高浓度EoY下FRET仍可维持。包封稳定性测试显示EoY在QSs中至少可稳定保留1个月。

结论与讨论

本研究首次实现了亲水性染料EoY在CTAB/胆固醇QSs中的高效包封，包封效率达80%–90%，且无明显染料重分布。两种负载策略均未改变QSs的尺寸、形貌与表面电荷特性，EoY在两种体系中均定位于低极性微环境，表现出优异的荧光性能与FRET兼容性。后组装负载的可行性为QSs的按需功能化提供了灵活可放大的路径，证明QSs可作为模块化纳米平台同时整合亲水性与疏水性染料，为定制化荧光探针的设计奠定了实验基础。该研究发表于《Nanoscale Advances》，为多功能光学纳米载体在生物成像与传感领域的应用提供了新的技术范式。