用于血管紧张素转化酶抑制剂筛选的新型功能化碳基荧光纳米生物传感器研究

High blood pressure (HBP) has become the main killer of human health. Angiotensin-converting enzyme (ACE) plays an important role in regulating blood pressure and cardiovascular function. Synthetic ACE inhibitor (ACEI) is an important front-line drug for the treatment of HBP, but generally it has the disadvantages of strong toxicity and side effects. Polypeptide ACEI has become a magnet in the field of active peptide research because it’s high safety and fewer side effects. The carbon quantum dots(CQDs), a new type of fluorescence nanomaterial, have attracted tremendous research interest owing to their appealing advantages such as high fluorescence intensity and low toxicity. But at present, most fluorescent CQDs have low quantum yield and low selectivity to biomolecules, which limits their application in biomedicine. This project plans to synthesize novel doped-fluorescent CQDs and adorn its surface by optimizing the synthetic method and condition with suitable reagents, so as to reach the purpose of its functionalization. Combining with the identification of ACE and polypeptide ACEI, the project also aims to construct a high-performance and novel functional carbon based fluorescent nanobiosensor to test ACE catalysis activity and the new way of screening polypeptide ACEI. The mechanism of CQDs and polypeptide was discussed. This way provide simple, sensitive and new technology to test biomolecules, and screen medicines of high blood pressure. The implementation of this project will promote the inter-integration of life science, bio-science, analytical chemistry, material science and other related disciplines.

高血压病已成为人类健康的主要杀手。血管紧张素酶（ACE）对机体血压调节和心血管功能起着重要作用。合成的ACE抑制剂（ACEI）是治疗高血压的一线药物，但普遍存在毒性强，副作用大的缺点。多肽类ACEI因安全性高、副作用小、易吸收，成为活性肽研究领域的热点。碳量子点作为一种新型荧光纳米材料，具有荧光强度高、低毒性等优点，但大多数碳量子点的量子产率低，与生物分子特异识别性不高，限制了其在生物医药领域的应用。本项目拟合成新型掺杂荧光碳量子点，并选择合适的试剂，通过优化合成路径和条件对其进行功能化，结合ACE和多肽ACEI分子识别，构建高性能的新型功能化碳基荧光纳米生物传感器，用于检测ACE催化活性和筛选多肽ACEI的新方法，并探讨碳量子点和多肽的作用机制。该方法为生物分子检测及治疗高血压病的药物筛选提供简单灵敏的新技术。本项目的实施将促进生命科学、生物医学、分析化学、材料科学等相关学科的交叉集成。

血管紧张素酶（ACE）对机体血压调节和心血管功能起着重要作用，ACE抑制剂（ACEI）是治疗高血压的一线药物。新型荧光碳量子点具有荧光强度高、水溶性好、低毒性、生物相容性好等优点。本项目的主要研究内容为合成新型掺杂CQDs（氮、硼、硫等元素掺杂的CQDs），并选择合适的试剂，通过优化合成路径和条件达到CQDs功能化的目的；将新型CQDs应用于生物传感，构建新型功能化碳基荧光纳米生物传感器，用于ACE催化活性检测和ACEI筛选的新方法。. 首先利用水热法以蛤蒌叶、雪梨汁、番石榴、鸡蛋果叶、榕树叶提取液等作为碳源，以多氨基化合物尿素等为氮源，或掺杂硫、磷等元素，合成了多个具有良好稳定性、优越荧光性能的水溶性掺氮的新型近红外荧光CQDs；通过反应条件优化（如合成温度，反应时间等实验参数）和化学反应（如酰胺化反应）控制CQDs的碳核尺寸、化学成分和结构，实现表面功能化；通过荧光光谱、红外光谱(FTIR)，X射线光电子能谱（XPS）、X 射线衍射光谱（XRD）和透射电子显微镜（TEM）等手段对制备的CQDs进行表征；筛选出以新鲜榕树叶乙醇和丙酮的萃取液为前驱体，合成了具有单激发双发射近红外荧光碳量子点（BL-CQDs），其粒径约为1.7 nm，具有类石墨烯结构，表面含有多种亲水性官能团，且拥有良好的荧光性能，研究了其在ACE活性的检测、ACEI的抑制活性评价和活细胞Bel-7404荧光成像中的应用。BL-CQDs的荧光强度比值（I676/I460）与ACE活性在0.02-0.8 U/L范围内呈线性，回归方程为△F=2.537 1CACE-0.031 1，LOD为0.016 U/L。该方法成功地用于粗提取猪肺ACE活性与人血清中ACE活性的检测中，为分析复杂样品中ACE活性提供了一个新的方法；同时该传感器还成功地考察了黄色风铃木树叶黄酮提取物与卡托普利药片对ACE活性的抑制效率，应用于ACEI的筛选；通过分析高浓度BL-CQDs条件下Bel-7404细胞的存活率和荧光成像图，表明了BL-CQDs具有低的细胞毒性和良好的生物相容性。.本项目的实施促进了生命科学、生物医学、分析化学、材料科学等相关学科的交叉集成，为血管紧张素酶活性检测及治疗高血压病的药物筛选提供简单的新技术。