基于多色银纳米簇-石墨烯组装体系的多通道特异性癌细胞检测

Target cancer cell detection has important practical significance for early diagnosis of cancer and treatment process tracking. The same kind of cancer cell can correspond to several specific targeting molecules, and different types of cancer cells also have the same targeting molecule. Single-target detection of cancer cell is difficult to make an accurate diagnosis. To solve the above problem, in this proposal, we plan to construct multicolor silver nanoclusters-graphene oxide assembly system by integrating several aptamers and silver nanoclusters, which are applied to multichannel fluorescence imaging for specific detection of cancer cell. Using human breast cancer cells MCF-7 as the main research object, aptamer functionalized multicolor silver nanoclusters serve as both the recognition and signaling elements, graphene oxide serve as both the signal probe carrier and the fluorescence quencher. Taking advantage of specific binding of several apatmers and cancer cell, the fluorescence signals of silver nanoclusters are expected to be activated based on the signal quenching-recovery conversion mechanism, resulting in multichannel detection of cancer cell. A new model of cancer cell detection system will be explored to provide a new avenue for accurate and sensitive, specific and efficient multi-simultaneous detection of cancer cell, and possible technical support for the early diagnosis of cancer.

靶向癌细胞检测在癌症早期诊断以及治疗过程跟踪中具有重要的现实意义。但是，同一种癌细胞可对应多种特异性识别靶向分子，不同种类的癌细胞也存在相同的靶向分子现象，仅凭单一靶向分子检测癌细胞很难做出准确诊断。针对以上问题，本项目提出将多种适配体与银纳米簇有机结合，构建多色银纳米簇-氧化石墨烯组装体系，并将其用于多通道荧光成像特异性检测癌细胞。以人乳腺癌细胞MCF-7为主要研究对象，利用适配体功能化的多色荧光银纳米簇作为识别元件和信号元件，以氧化石墨烯作为信号探针载体和荧光猝灭元件，基于信号猝灭-恢复转换机制，通过多种适配体与癌细胞的特异性结合产生多色荧光信号响应，实现癌细胞多通道检测。本项目的开展将构建出新型癌细胞检测体系的模型，有助于实现癌细胞准确灵敏、高效特异的多元同时检测，进而为癌症的早期诊断提供可能的技术支持。

在重大疾病的早期诊断中，难以精确诊断及监测是限制患者治愈率的一个瓶颈。开发靶向癌症早期成像诊断及治疗过程监测传感材料具有重要的科研价值及迫切的现实需求。本项目以多色靶向发光纳米簇复合材料为平台，设计开发靶向多色银纳米簇传感材料并探索其多通道可视化成像应用。（1）选择适配体功能化的银纳米簇为研究目标，通过调控碱基组成、靶向分子以及核酸结构手段，构建了靶向响应的超小尺寸功能化多色银纳米簇体系，合成出了由蓝光至近红外光的一系列荧光性质优异的DNA功能化银纳米簇。研究表明，所合成的功能化多色银纳米簇材料具有高特异性的靶向识别能力。（2）将氧化石墨烯与现有研究体系结合，自组装得到了一系列具有特异识别能力和保持良好生物活性的银纳米簇/GO组装体系，其中利用生物小分子、大分子适配体功能化的多色银纳米簇与氧化石墨烯进行组装得到了不同靶向的复合材料，并由此实现了核酸、小分子、蛋白质定量快速多元同时传感。（3）通过靶标激活多色Ag NCs/GO传感平台的荧光信号，分别实现了单一癌细胞标志物识别以及多个靶标同时识别检测，其中ATP-Ag NCB材料不仅表现出对ATP分子的刺激响应线性定量传感能力，而且实现了人乳腺癌细胞线粒体靶向可视化成像。（4）构建了AS1411和MUC1等适配体功能化的一系列水溶性银纳米簇/GO组装体系，具有特异识别性、良好的生物相容性和靶向可视化成像能力，实现了多通道靶向可视化检测癌细胞，而且，其中Ag NCB1和Ag NCB2两个材料表现出优秀的细胞成像和亚细胞定位能力，充分表明其在实时监测靶向可视化成像方面的发展潜力。基于这些结果，我们还将制备的复合材料应用于生物小分子、大分子、重金属离子、DNA、药物的定量快速传感，在此基础上也取得了良好的研究成果。在Langmuir、Anal. Chem.、Sensor. Actuat. B、Talanta、RSC Adv.、Spectrochim. Acta A等期刊上发表论文8篇，申请/授权发明专利10项，发表会议论文5篇，圆满完成并超过预期目标，获得了大量宝贵数据，为后续研究的进一步发展奠定了坚实基础。