用于在活细胞内合成二维物质的聚合

二维材料已经在活细胞内生长，这是不可能让细胞以任何其他方式获得的。该方法可用于生物成像、诊断和治疗平台。

先前的研究表明，2D材料可以很容易地被细胞摄取，为生物医学应用提供了希望。较大的材料是可取的，因为它们可以在细胞中停留更长的时间，以发挥其指定的作用。然而，研究人员受到了限制，因为细胞只能通过一种称为内吞作用的过程吞咽小于200nm的小2D材料，而且它们很容易被排出。

中国四川大学的陈毅(音译)和他的同事们为了寻找解决方案，已经绕过了内吞作用所施加的大小限制。研究人员没有试图让细胞摄取完全形成的2D材料，而是设计了一种方法，用细胞可以轻易吸收的更小的积木在细胞内生长。

为了构建积木，该团队转向了一种名为葫芦的周期性南瓜形分子⁶它无毒，可聚合成2D薄片。Chen说，最大的挑战是限制单体的聚合，从而形成二维材料，只在细胞内。

为了实现这一目标，研究人员利用共价连接的光敏垂坠分子spyropyrans设计了单体。当这些积木在可见光下与活细胞一起孵育时，它们被细胞吸收并释放到细胞质中——细胞的液体基质。然后，通过切换到完全黑暗，2D材料的生长被触发。

这种方法之所以有效，是因为在黑暗中，非离子型吡喃会转化为离子型merocyanine, merocyanine与细胞镁离子反应，在基于葫芦尿的积木之间形成桥梁，有效地将它们聚合成单个单体厚的2D薄片。结果显示，材料生长到0.8 ~ 1.2微米之间，超过了细胞内吞作用的尺寸限制。

“这是一件非常好的作品，”他说帕斯卡Jonkheijm他在荷兰特温特大学(University of Twente)研究生物分子工程。“通过简单地混合所需的单体，这些2D平台的表面现在可以很容易地进行定制，以携带造影剂或治疗剂，这并不需要太多的想象力。”

作为原理证明，该团队设计了一种使用Förster共振能量转移的检测方法，其中包括在将单体引入细胞之前给予它们荧光标记。这使得活细胞中的聚合动态可以实时可视化，显示了材料如何用于成像目的，也证实了2D材料确实是在原位生成的。

陈说，随后的工作表明，这些材料在细胞中持久存在，使它们成为生物医学应用的良好候选者。然而，“目前形式的单体还不能区分细胞类型，因此它们的易位和细胞内聚合会影响与它们共孵卵的所有细胞”，他补充道。“我们的团队现在正致力于使这些单体有选择性地积累在目标细胞中，以达到预期的用途。”