水溶性稀土发光纳米粒子的表面功能基团与细胞内生物大分子的特异性结合及相互作用规律

无机稀土纳米发光材料在生物荧光标记等方面的应用是近年来研究的热点课题之一。该类材料能否在生物学研究中获得广泛应用，关键在于发光纳米粒子能否进入细胞内并与生物大分子特异性结合，其他研究者和我们的前期研究结果证实，水溶性的稀土纳米粒子能够通过细胞的吞噬作用进入肿瘤细胞内并成像，但对于纳米粒子表面的功能基团与细胞或生物体内生物大分子尤其是蛋白质、DNA的特异性结合与相互作用规律研究较少。因此，本项目拟通过一步反应法实现稀土发光纳米粒子的合成与表面功能化修饰，主要研究表面功能基团的种类、合成条件等因素对纳米粒子的水溶性、粒度分布及发光性能的影响；以单细胞真核生物酵母菌为实验对象，深入研究纳米粒子表面的不同功能基团与细胞内的蛋白质、DNA等生物大分子的特异性结合及相互作用规律。该研究有望为稀土纳米发光材料在生物标记、荧光成像等生物医学领域的广泛应用提供基础性研究数据及理论指导。

具有纳米结构的稀土发光材料的合成及应用探索是近年来研究的热点课题之一。本项目主要围绕稀土纳米发光材料的合成、形貌调控、表面修饰、发光性能及生物应用等开展研究工作。主要包括：（1）在稀土发光材料合成方面，i) 探索了一种新的合成方法即：回流法结合多相合成技术，采用该技术合成了粒径仅为10nm左右的六方相NaYF4:Yb,Er纳米粒子；ii) 通过改变起始原料、溶液pH值等，实现了具有多级纳米结构的稀土发光材料的控制合成，得到了具有片状、花状、颗粒状的稀土离子掺杂的磷酸锌和磷酸锌铵发光材料；iii) 探索了具有反对称结构的三维蘑菇状的稀土离子掺杂的氧化锌的合成，总结出了三维蘑菇状形貌形成的关键因素；iv) 实现了具有均一形貌的稀土离子掺杂钨酸镉纳米棒等的合成；（2）在表面功能化修饰方面，i) 发展了“一步法”合成技术，可实现水溶性稀土发光纳米粒子的合成及表面功能化修饰的同步进行；ii) 设计合成了一种离子液体功能化的稀土配合物，在保持优异发光性能的同时，能大大提高稀土配合物的水溶性；iii) 采用沉淀聚合法，将pH敏感高分子聚甲基丙烯酸 (PMAA) 嫁接到核壳结构NaYF4:Yb3+/Er3+@SiO2的表面，制备了pH敏感/上转换发光多功能纳米复合材料；（3）在材料性能研究方面,系统研究了材料的相结构、形貌、稀土离子掺杂等对材料发光性能的影响；实现了均一的CdWO4:Eu纳米棒等纳米材料的多色发光，以及水溶性稀土配合物的多色发光；（4）在细胞成像与生物分子相互作用方面，合成的NaYF4:Yb,Er上转换发光纳米粒子具有良好的生物相容性、能够进入HeLa细胞内并成像；制备的纳米复合纤维能够促进细胞的增殖，形成纳米纤维-细胞类组织体；研究了CaWO4空心微球对药物布洛芬的负载和体外模拟释药性能，探讨了CaWO4空心微球与布洛芬药物分子之间的相互作用；选择发光性能较好的LaF3:Ce,Tb纳米粒子与生物大分子DNA进行结合，研究了表面活性剂的种类及合成条件等对发光纳米粒子与DNA分子结合的影响。项目执行期间，在Small、Nanoscale、J. Mater. Chem. C、J. Mater. Chem. B、Scientific Reports等期刊上共发表研究论文25篇，其中SCI/EI收录22篇，申请中国发明专利2项、美国专利1项。