基于共轭聚合物纳米荧光探针的细胞信号分子及信号传导检测研究

This proposal aims to design and synthesize a series of new fluorescent conjugated polymers and then synthesize functional conjugated polymers nanoparticles (CPNs). The effect of synthesis methods and the size of CPNs on their photophysical properties such as fluorescence quantum yield will be studied. Then CPNs will be modified with functional groups. Also, the effect of different methods for surface modification of CPNs on the sensing sensitivity and specificity will be investigated. Then, based on the CPNs, a series of new detection methods will be established for the detection of cell messenger molecules including gas molecules NO, CO and H2S, secondary messengers cAMP and cGMP, and other messengers such as protein kinase A/ protein kinase G. Importantly, we will emphasize on the research of the sensing mechanism for cell messenger molecules detection. On the basis of above researches, we will focus on the study of the interrelation between cell messenger molecules such as NO and cAMP/cGMP, cAMP/cGMP and PKA/PKG. Furthermore, we will investigate the cell signal transduction pathway using fluorescent CPNs as probe, and design new assays for the detection of cell messenger molecules in cell and signal transduction sensing. Finally, we plan to construct new research models for the study of cell communication.

本项目拟设计合成一系列新型的共轭聚合物，制备新型复合荧光共轭聚合物纳米粒子，系统研究纳米粒子制备方法、纳米粒子的粒径大小对其荧光量子产率等光物理性质的影响；然后进行纳米粒子表面功能化修饰，研究不同纳米粒子表面修饰方法对检测灵敏度及特异性识别的影响。在此基础上，建立特异性识别细胞信号分子如气体分子NO、CO与H2S、第二信使cAMP与cGMP、及其他信使分子如蛋白激酶PKA／PKG等的灵敏检测新方法。进一步以荧光纳米粒子为探针，结合上述方法，通过细胞成像的方式研究细胞内NO与cAMP/cGMP之间及第二信使与其他信使分子之间（如cAMP/cGMP与PKA/PKG）的相互关系，进而研究细胞内信号传导途径，建立细胞内信号分子及信号传导检测新方法，为细胞通讯机制的研究构建检测新模型。

细胞信号分子等重要生物分子的检测及信号传导研究对于理解和治疗癌症等重大疾病具有重要的意义。本项目设计合成了一系列新型的共轭聚合物，制备了多种共轭聚合物纳米粒子，构建了多种检测和治疗新平台。1. 建立了细胞信号分子一氧化氮（NO）的快速灵敏检测新方法，60秒内即可实现体外检测，15分钟内可实现细胞内NO灵敏成像，该研究成果为NO的高时空分辨快速检测及NO相关的疾病研究提供了新平台。2. 构建了共轭聚合物组合探针，建立了基于多点结合与FRET机理的生物重要分子ATP高选择性检测新方法, 极大提高了ATP的检测选择性。3. 构建了基于阳离子共轭聚合物及石墨烯的普适性传感体系，以及基于阳离子共轭聚合物及苝酰亚胺衍生物的无标记检测新平台，建立了多巴胺、双酚A(BPA)及 S1核酸内切酶等分子的高灵敏检测新方法。4. 建立了基于共轭聚合物多功能探针的硝基还原酶（NTR）高灵敏高选择检测新方法，实现了细胞内NTR的原位灵敏检测及细胞内缺氧诊断。5. 建立了基于共轭寡聚物荧光探针的醌氧化还原酶(NQO1)的低背景、高灵敏、高特异性传感与成像新方法, 检出限低至0.068 ng/mL，该探针可鉴别NQO1表达量不同的细胞，在癌细胞/组织成像和癌症鉴别中具有广阔的应用前景。6. 以共轭聚合物/寡聚物为抗菌剂，构建了多种高效广谱光动力疗法抗病原菌的新体系，研究了共轭聚合物结构与抗菌性能之间的构效关系；实现了细菌的捕获与特异性抗菌；建立了抗菌剂按需释放新策略。7. 建立了共轭聚合物纳米粒子药物释放新平台，实现了刺激响应的药物有效释放及高效抗肿瘤。这些研究成果为细胞信号分子等重要生物分子的检测提高了重要的平台，为细胞通讯研究及重大疾病的早期诊断与治疗提供了实验及理论基础。