精确结构的近红外荧光发射金纳米簇构建及多模式成像和治疗肿瘤研究

Construction on nanomaterials with functions of imaging and treating tumors is one of the most active research areas in the field of biomaterials. This research combines the research trend of gold nanocluster and photodynamic/photothermal therapy. By using thiophenethiol as ligand assembled with gold to possess precise structure nanoscale sulfur-gold cluster. Thiophene was introduced to gold nanoclusters with the aim of adjusting fluorescence emission wavelength and then bathochromic shift to near-infrared region. It is expected that precise structure near-infrared imaging gold nanoclusters can be designed, and then applied to photodynamic and photothermal treatment of tumor. It is expected to regulate the structure, size, shape, stability and fluorescence emission wavelength of gold nanocluster by adjusting chain length of sulfydryl, substituent position, type, conjugate structure of thiophenethiol category of small molecules. The structure-function relationship and mechanism between different structure atomically precise gold nanoclusters and fluorescence imaging, photoacoustic imaging, magnetic resonance imaging, photodynamic and photothermal treatment of tumor was detailed discussed. This research provides experimental evidence that integration of diagnosis and treatment with advantages of high biocompatibility, low toxicity, excellent imaging and treating tumors constructed by atomically precise gold nanoclusters.

构建具有成像和治疗肿瘤功能的纳米材料是当前生物材料领域中活跃的研究方向。本项目结合金纳米簇和光动力/光热治疗肿瘤的研究动态，以噻吩硫醇为配体与金作用组装具有精确结构纳米尺寸的硫金簇。拟通过引入的噻吩基团调节其荧光发射波长，使其红移至近红外区，期待构建原子精确近红外成像功能的金纳米簇，并运用于光动力/光热治疗肿瘤基础研究。通过调变噻吩硫醇类小分子配体中巯基链长、取代基位置和种类、共轭基团效应等调节金纳米簇结构、尺寸、形状、稳定性等以及其荧光发射波长，深入探讨具有不同结构原子精确的金纳米簇与荧光、光声、磁共振多模式成像效果以及其在光动力/光热治疗肿瘤功效之间的构效关系和作用机制。拟通过该项目的实施，为实现原子精确的金纳米簇在构建低毒性、高生物相容性、良好成像功能以及治疗功效的诊疗一体化纳米载体的应用研究提供实验依据。

构建具有诊断和治疗功能的生物材料备受关注。本项目拟以噻吩硫醇为配体与金作用组装具有精确结构纳米尺寸的硫金簇。拟通过引入的噻吩基团调节其荧光发射波长，使其红移至近红外区，期待构建原子精确近红外成像功能的金纳米簇，并运用于光动力/光热治疗肿瘤基础研究。在研究中我们发现利用金盐和不同的噻吩硫醇配体作用，用硼氢化钠直接还原制备金纳米团簇时，反应温度、溶剂体系、硼氢化钠的用量、金属盐和配体的比例等会影响金纳米团簇合成，从而导致制备的金纳米团簇结构丰富多变，难以分析噻吩硫醇配体对于金纳米团簇性质的影响。其次，噻吩硫醇为保护配体的金纳米团簇在近红外区吸收依然很弱，难以获得具有较好光学性能的金纳米团簇。我们仍在尝试制备噻吩硫醇配体保护的金纳米团簇并得到其单晶。同时，我们开展了无机纳米材料诊治肿瘤研究，包括三个方面的工作：（1）以碳纳米角为光热试剂与光敏剂金丝桃素或染料IR808构建了纳米诊疗剂用于光声/荧光成像引导的光热/光动力治疗肿瘤。（2）通过引入氧空位的策略，简洁构筑了具有缺陷的纳米二氧化锡、二氧化铈诊疗型无机纳米晶，在细胞和小动物活体层面显示对恶性肿瘤具有多功能协同的诊断和治疗作用。（3）用金纳米棒或金纳米粒分别与二氧化锰纳米片、硫空位硫化铋等构筑的复合纳米材料通过光热/光动力协同作用能有效杀死癌细胞和消除小鼠体内肿瘤。该项目研究有助于理解纳米材料的表/界面相互作用，指导制备安全、有效的纳米生物材料，为解决诊断和治疗肿瘤提供理论知识和新材料。该项目资助期间，累计在Acta Biomater.、J. Colloid Inter. Sci、Langmuir、J. Mater. Chem. B、Mol. Catal.等国际权威学术期刊上发表学术论文6篇，获国家发明专利授权1项。项目执行过程中，充分发挥国家自然科学基金对人才的培养作用，培养硕士研究生6人，项目负责人于2020年晋升为副教授职称。受本项目资助，有2个研究工作正在整理数据，撰写学术论文；有2个研究工作正在开展细胞实验，后续将开展动物实验。