DiR碘化物技術指南：從細胞膜標記到活體成像

1 什么是DiR碘化物？

DiR碘化物（全稱1,1'-二硬脂基-3,3,3',3'-四甲基吲哚三碳菁碘化物）是一種親脂性熒光染料，屬于碳菁染料家族。它的分子式為C??H???IN?，分子量約為1013.39 g/mol。這種染料在游離狀態下熒光較弱，但一旦嵌入細胞膜脂質雙層或其他疏水性生物結構后，熒光強度會顯著增強。

DiR碘化物最引人注目的特點是它的光學特性：激發波長約748 nm，發射波長約780-800 nm，處于近紅外區域。這一波段的激光能夠更深入地穿透組織，且受生物組織自發熒光的干擾極小，為深層組織成像和活體研究提供了理想條件。

與其他細胞膜染料如DiI（橙黃色）、DiO（綠色）和DiD（紅色）相比，DiR的深紅色熒光為多色標記實驗提供了又一種選擇，特別適合需要深層穿透和低背景的實驗場景。

2 DiR碘化物的獨特優勢

2.1 卓yue的光學特性

DiR碘化物的近紅外熒光特性使其在復雜生物體系中具有顯著優勢。生物分子如蛋白質、核酸在可見光區有較強吸收和自發熒光，但在近紅外區（700-900 nm）這種自發熒光極低。DiR的發射峰位于780-800 nm，在這一區域檢測可獲得ji高的信噪比，精確解析目標信號。

2.2 強大的組織穿透能力

光在生物組織中的散射和吸收隨著波長增加而減小。DiR碘化物發射的近紅外光比可見光能更有效地穿透組織，這一特性使得DiR特別適用于活體動物成像實驗，能夠實現對深層組織和器官的高分辨率成像。

2.3 環境敏感性

DiR作為環境敏感型染料，在水溶液中熒光很弱，但當其嵌入細胞膜或與脂類結合時，熒光強度可增加數百倍。這種特性大大降低了未結合染料的背景信號，提高了檢測的靈敏度和準確性。

2.4 膜融合與擴散能力

DiR碘化物具有長烷基鏈結構，能像“錨"一樣嵌入脂質雙層的疏水區域。一旦進入細胞膜，它會在膜平面內橫向擴散，在最jia濃度條件下實現整個細胞的均勻標記。這種機制確保了對細胞形態和運動的精確示蹤。

3 主要應用領域

3.1 活體成像與細胞示蹤

DiR碘化物zui常見的應用是標記細胞以便在活體動物內進行追蹤。通過將DiR標記的細胞注入動物體內，研究人員可以非侵入性地監測細胞在生物體內的遷移、分布和歸巢過程。例如，在癌癥研究中，可用DiR標記腫瘤細胞，研究其轉移路徑；在免疫學中，則可追蹤免疫細胞在炎癥或特定疾病狀態下的動態。

一項使用卵巢癌小鼠模型的研究中，研究人員將DiR標記的納米顆粒注入小鼠體內，成功實現了對腹腔內微轉移瘤的檢測和成像。DiR的近紅外特性使得即使深藏在腹腔內的微小轉移灶也能被清晰識別。

3.2 藥物遞送系統研究

在納米醫學和藥物開發領域，DiR碘化物被廣泛用于標記各種藥物載體，包括脂質體、聚合物納米粒和外泌體等。通過DiR標記，研究人員可以實時監測這些載體在體內的分布、靶向效率和代謝動力學，為優化藥物遞送系統提供關鍵數據。

研究顯示，DiR標記的RGD肽修飾的納米顆粒（DIR-RGD-NP）在腫瘤部位顯示出更好的保留和共定位能力，相比未修飾的納米顆粒或可溶性DiR，其靶向性和治療效guo顯著提高。

3.3 細胞膜標記與成像

在細胞水平，DiR碘化物是標記細胞膜結構的有效工具。其親脂性使其能穩定地嵌入脂質雙層，而不會快速內化或顯著影響細胞活力。這一特性使得DiR非常適合用于細胞-細胞相互作用、細胞融合實驗和膜流動性研究。

3.4 多色標記實驗

DiR與其他Di染料家族成員（DiO、DiI、DiD）結合，可實現多色標記和跟蹤。這些染料具有不同的激發和發射特性，但相似的光物理性質和標記機制，使得研究人員可以在同一實驗中同時追蹤多個細胞群體，大大提高了實驗的信息量和效率。

4 詳細的實驗操作指南

4.1 溶液配制與儲存

儲備溶液配制：

• 使用DMSO或乙醇配制1-5 mM的儲存液

• 充分渦旋確保wan全溶解

• 分裝成小體積儲存于-20°C，避免反復凍融

• 在適當條件下，儲備液通常可穩定保存1年

工作液配制：

• 使用無血清培養基、HBSS或PBS等緩沖液稀釋儲存液

• 典型工作濃度為1-5 μM，但需根據具體實驗優化

• 工作液應在配制后盡快使用

儲存建議：

• 粉末狀DiR碘化物應在-20°C下干燥避光保存

• 避免暴露于濕氣和直接光照

4.2 細胞標記步驟

懸浮細胞標記：

1. 離心收集細胞，用PBS洗滌兩次

2. 將細胞重懸于DiR工作液中，密度約為1×10?/mL

3. 37°C孵育5-30分鐘

4. 離心去除染色液，用預熱的生長培養基洗滌細胞2-3次

5. 用適當的緩沖液或培養基重懸細胞，準備檢測

貼壁細胞標記：

1. 在無菌蓋玻片或培養皿中培養細胞

2. 吸去培養基，加入DiR工作液，輕輕晃動使其均勻覆蓋細胞

3. 37°C孵育5-30分鐘

4. 吸去染色液，用預熱的培養基洗滌2-3次，每次5-10分鐘

4.3 體內成像應用

對于活體成像應用，DiR標記的細胞或納米載體通常通過靜脈注射或局部注射的方式導入動物體內。成像時間點取決于具體實驗設計，可以在注射后多個時間點進行跟蹤，以獲得動態分布數據。

成像參數：

• 激發濾波器：約748 nm

• 發射濾波器：約780 nm

• 需要使用CCD相機或其他近紅外檢測設備，因為DiR的發射光肉眼不可見

5 注意事項與故障排除

5.1 常見問題及解決方案

5.2 關鍵注意事項

• 避光操作：全程避光進行，防止熒光淬滅

• 對照設置：包括未染色細胞對照，以及用于補償調節的多色實驗對照

• 濃度優化：不同細胞類型所需的最jia染料濃度可能有差異，需進行梯度實驗確定

• 儀器驗證：確保檢測設備能夠檢測近紅外信號（如流式細胞儀的FL4通道）

• 溶劑兼容性：避免使用含血清的緩沖液配制工作液，因為血清中的蛋白質可能干擾染料與細胞膜的結合

6 總結與展望

DiR碘化物作為一種高效的近紅外熒光染料，已經成為現代生物醫學研究中的重要工具。它的低背景熒光、深組織穿透能力和zhuo越的信噪比特性，使其在活體成像、藥物遞送系統評估和細胞膜動力學研究中發揮著不可替代的作用。

隨著光學成像技術的不斷發展，尤其是高分辨率小動物成像系統的普及，DiR碘化物及其衍生物的應用前景將更加廣闊。未來，我們可以期待更多改進型的近紅外染料出現，進一步推動生命科學和醫學研究的發展。

無論您是從事基礎細胞研究，還是復雜的活體藥物評估，DiR碘化物都能為您提供強有力的技術支持，幫助您揭示生物過程的深層奧秘。

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