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CY5-Alginate，CY5標記海藻酸鈉的光學特性及其在生物分布可視化中的潛力

CY5-海藻酸鈉是將近紅外熒光染料CY5（Cyanine 5）通過化學偶聯(lián)方式引入到天然多糖高分子海藻酸鈉鏈上的一種功能化熒光標記材料，具有優(yōu)良的光學特性和生物相容性，廣泛用于活體成像、藥物釋放追蹤、生物組織熒光示蹤等研究。

一、基本信息

中文名：CY5-海藻酸鈉

英文名：CY5-Alginate

別稱：藻膠藍色熒光標記物、氰ine5標記海藻酸鈉、CY5標記藻酸鈉、海藻酸鈉熒光示蹤劑

二、光學性質

激發(fā)波長（λ_ex）：約 649 nm

發(fā)射波長（λ_em）：約 670 nm

發(fā)射顏色：遠紅外至近紅外區(qū)，呈現(xiàn)明亮的深紅色/近紅色熒光

CY5屬于氰ine類染料中的一種，具有高熒光量子產率、低自熒光干擾、高信噪比和良好的光穩(wěn)定性，特別適合用于深部組織熒光成像、體內追蹤等場景。

三、物化屬性

結構特性：CY5分子通過其活性基團（如NHS酯或馬來酰亞胺）與海藻酸鈉上的氨基修飾位點反應，形成穩(wěn)定的共價鍵

分子量范圍：取決于原始海藻酸鈉的分子量及CY5標記密度（一般為50–300 kDa之間）

外觀：呈藍紫色至紫紅色粉末或溶液（取決于染料濃度）

溶解性：良好水溶性，溶于水和PBS等中性緩沖液，適用于生物體系

儲存條件：避光、低溫（4°C）儲存，防止光降解與水解反應

四、合成方法簡述

由于天然海藻酸鈉缺乏可直接與CY5結合的氨基位點，合成CY5-Alginate通常需先進行氨基化處理，主要步驟如下：

氨基化修飾：通過與乙二胺、聚乙烯亞胺（PEI）、肼等化合物反應，引入氨基基團至海藻酸鈉鏈上。

CY5標記反應：將CY5-NHS酯（或CY5-Mal）溶于DMSO中緩慢滴加至氨基化海藻酸鈉溶液中（pH保持在8.5左右），室溫反應4~12小時。

純化：使用透析袋（3.5–14 kDa MWCO）透析去除未反應的游離染料，*終濃縮或凍干得到目標產物CY5-Alginate。

驗證：使用紫外-可見光光譜（UV-Vis）或熒光光譜驗證標記是否成功（特征吸收峰在650 nm左右）。

五、主要應用方向

體內外成像與熒光示蹤
CY5-Alginate因其強近紅外熒光性質，可在體外細胞培養(yǎng)或小動物模型中作為成像示蹤材料，用于評估膠體材料分布、細胞包埋與釋放行為。

組織工程支架可視化
在3D生物打印或組織工程構建中，CY5標記使得水凝膠結構在成像設備（如共聚焦、IVIS等）中清晰可辨，便于觀察打印精度與支架降解行為。

藥物遞送載體的追蹤
用CY5-Alginate制備的微球、水凝膠、膠束等載藥系統(tǒng)能在體內被實時追蹤，分析其釋放位置、速度、滯留時間等信息，優(yōu)化藥物載體的治療性能。

細胞行為研究
包含CY5-Alginate的細胞包埋體系常用于觀察細胞遷移、增殖、釋放、凋亡等行為的空間動態(tài)分布，尤其適合長時間追蹤與深部組織分析。

六、優(yōu)勢特點

深層組織成像能力強：近紅外波段信號穿透組織能力高，適用于小動物活體成像；

背景干擾?。篊Y5波段遠離大多數(shù)自發(fā)熒光源（如NADH、FAD），成像信噪比高；

可修飾性強：海藻酸鈉為天然高分子，具備良好的化學修飾潛力，可進一步接枝其他官能團；

生物相容性好：天然多糖本身無毒、可降解，適合臨床前研究；

與鈣離子交聯(lián)性優(yōu)良：能快速形成凝膠體系，便于制備水凝膠微球或3D支架材料。

七、代表性文獻與研究示例

Wang X et al. Near-infrared fluorescent alginate microcapsules for in vivo cell tracking and drug delivery. Biomaterials. 2018;170:1–11.
→ CY5標記海藻酸鈉用于細胞追蹤和藥物釋放分析。

Zhou J et al. Engineering a NIR Fluorescent Alginate-Based Injectable Hydrogel for Deep Tissue 3D Cell Imaging. Acta Biomaterialia. 2021;119:168–179.
→ 利用CY5-Alginate制備注射型水凝膠，用于深部組織的三維成像。

Park JH et al. Fluorescent-labeled alginate hydrogels for visualization of structural dynamics in tissue scaffolds. ACS Appl Mater Interfaces. 2020;12(33):37548–37556.
→ 實現(xiàn)支架動態(tài)形變過程可視化。

八、注意事項與使用建議

CY5光敏性強，操作過程中應避光處理；

標記效率需控制在一定范圍，過多可能影響海藻酸鈉凝膠形成；

CY5對溫度、pH變化敏感，應儲存于4°C、避光條件；

建議配置緩沖液時選用PBS或HEPES（pH 7.2~7.4），以維持其穩(wěn)定性；

使用時可配合DAPI（藍光）與FITC（綠光）等多色標記進行多通道熒光實驗。

總結

CY5-海藻酸鈉是一種將海藻酸鈉與遠紅外熒光染料CY5偶聯(lián)形成的功能性材料，兼具天然高分子與近紅外熒光標記的優(yōu)點。其在體內外成像、藥物釋放、組織構建和生物分析等領域表現(xiàn)出顯著的研究和應用潛力。借助其優(yōu)越的光學性能和生物相容性，CY5-Alginate為未來生物醫(yī)學工程、再生醫(yī)學及成像診斷等領域提供了有力工具。

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