Design of Water–Soluble Rotaxane-Capped Superparamagnetic, Ultrasmall Fe 3 O 4 Nanoparticles for Targeted NIR Fluorescence Imaging in Combination with Magnetic Resonance Imaging

超顺磁性 化学 轮烷 荧光 纳米颗粒 荧光寿命成像显微镜 纳米技术 组合化学 分子 材料科学 超分子化学 有机化学 磁化 量子力学 磁场 物理
作者
Rabi Sankar Das,Debabrata Maiti,Samiran Kar,Tapas Bera,Ayan Mukherjee,Pranab Chandra Saha,Aniruddha Mondal,Samit Guha
出处
期刊:Journal of the American Chemical Society [American Chemical Society]
卷期号:145 (37): 20451-20461 被引量:47
标识
DOI:10.1021/jacs.3c06232
摘要

Integrating an NIR fluorescent probe with a magnetic resonance imaging (MRI) agent to harvest complementary imaging information is challenging. Here, we have designed water-soluble, biocompatible, noncytotoxic, bright-NIR-emitting, sugar-functionalized, mechanically interlocked molecules (MIMs)-capped superparamagnetic ultrasmall Fe 3 O 4 NPs for targeted multimodal imaging. Dual-functional stoppers containing an unsymmetrical NIR squaraine dye interlocked within a macrocycle to construct multifunctional MIMs are developed with enhanced NIR fluorescence efficiency and durability. One of the stoppers of the axle is composed of a lipophilic cationic TPP + functionality to target mitochondria, and the other stopper comprises a dopamine-containing catechol group to anchor at the surface of the synthesized Fe 3 O 4 NPs. Fe 3 O 4 NPs surface-coated with targeted NIR rotaxanes help to deliver ultrasmall magnetic NPs specifically inside the mitochondria. Two carbohydrate moieties are conjugated with the macrocycle of the rotaxane via click chemistry to improve the water solubility of MitoSQRot-(Carb-OH) 2 -DOPA-Fe 3 O 4 NPs. Water-soluble, rotaxane-capped Fe 3 O 4 NPs are used for live-cell mitochondria-targeted NIR fluorescence confocal imaging, 3D and multicolor imaging in combination with T 2 -weighted MRI on a 9.4 T MR scanner with a high relaxation rate ( r 2 ) of 180.7 mM –1 s –1 . Biocompatible, noncytotoxic, ultrabright NIR rotaxane-capped superparamagnetic ultrasmall monodisperse Fe 3 O 4 NPs could be a promising agent for targeted multimodal imaging applications.
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