功能化石墨烯量子点在肿瘤多模态成像与识别中的应用研究

Cancer is considered as the first leading human health threat. Early diagnosis of cancer is vital for the successful treatment of disease. However, it appears difficult to establish a high sensitive and selective analytical technique by the current single imaging modality or sensing approach due to their inherent defects and insufficient reliable information at the disease site. In this project, we are focusing on the design of multifunctional graphene quantum dots nanoprobes with several imaging functions as well as biological safety, stability and specificity targeting properties. By employing the multi-mode molecular imaging technology, it is facilitated to provide complementary information, exhibit synergistic advantages, and finally achieve the precise and fast diagnosis of disease. Combined with the sensor array technology, the applications of multi-channel sensing systems are proposed by the novel type nanoplatforms for the discrimination and identification of low concentration cancer cell in vitro and vivo. The outcomes may hold great promise for the widespread applications in the field of medical research and early cancer diagnosis.

癌症是威胁人类健康和生命的最主要疾病之一，提高癌症早期诊断的灵敏度和准确度有着重要的科学意义和临床价值。但是，现有单一模态成像、传感检测方法都存在难以克服的缺陷以及提供病灶信息量不足等问题。因此，本项目拟以恶性肿瘤细胞为研究对象，结合纳米技术、多模态分子影像技术、阵列传感技术，研究通过杂原子掺杂、共价修饰、纳米复合等方法，提升或提供石墨烯量子点的光声、荧光和核磁共振的性能，构建生物安全性高、性能稳定、强特异性靶向与多模态成像功能的石墨烯量子点纳米探针，实现体内外肿瘤细胞的高灵敏度、高特异性、高对比度成像，并对该探针的药代动力学、靶向机制和生物安全性进行研究。同时，基于石墨烯量子点纳米探针的多通道成像能力，构建高灵敏的肿瘤细胞阵列传感检测系统，实现对体内肿瘤细胞的无创、准确、灵敏识别，为癌症诊断提供新的分析策略，以期实现癌症的早期诊断，提高癌症患者的生存质量。

本项目主要通过调节碳源、反应条件、表面功能修饰等方法，构建了系列具有制备/修饰方法简单、光学性质稳定、生物相容性好等优点的碳基荧光纳米探针，用于细胞器功能成像、阵列传感检测、癌症诊断以及杀菌等。具体如下：（1）制备了比率型碳基荧光纳米探针，实现了溶酶体靶向的功能成像，可用于亚细胞结构中内源性甲醛小分子检测。（2）构建了一种基于细胞表面特征不同进行细胞区分的阵列传感方法，实现了基于外周血中免疫细胞差异性进行体外癌症筛查与诊断。（3）通过碳源调控碳基纳米探针的结构和性能，构建了对同类目标物的差异化敏感响应，可用于金属离子以及硫醇小分子等高效快速区分检测。（4）利用了碳基-银纳米复合材料的高氧化物酶活性，实现了无双氧水的高效广谱杀菌应用。在项目资助下，已发表SCI收录论文13篇，其中包括1篇Nanoscale、1篇Chemical Communications，申请中国发明专利2项，撰写Encyclopedia of Analytical Science专著中1节，项目在研究成果方面已达到预期目标。本研究课题的完成对于发展新型碳基荧光纳米探针，拓展其在细胞成像及区分识别应用领域具有重要的理论和实际意义。