多位点掺杂型可调控波段碳基荧光探针的制备及其高通量细胞成像应用

As a kind of cell endogenous active small molecules, biological thiol molecules play different physiological functions at all levels in cell activation, organism immunity and tumorigenesis. Therefore, the high throughput and simultaneous cell imaging analysis of multiple biological thiol molecules is of great significance for the early diagnosis of the related diseases. In this proposal, we plan to start from the fabrication of band tunable multi-site doped carbon-based fluorescent probe, aiming at the basic issues of improve the quantum yield, specific identification ability and high-throughput detection to explore synthetic mechanism of doped carbon-based fluorescent probe and reaction mechanism with biological thiols, and achieving the simultaneously rapid detection of multiple biological thiols molecules. The resonance energy/electron transfer effect induced by excited light will be studied by regulating the synthesis of doped probe precursor, doped elements and the reaction conditions. Combining with cell imaging technology, we develop good biocompatibility, high penetrability, high stability, high sensitivity and selectivity fluorescent nanoprobes by integrating heteroatom into the carbon-based fluorescent probe nanostructures. This design strategy can achieve high-throughput simultaneous situ analysis, real-time fluorescent monitoring and imaging of intracellular biomolecules, which will provide a valuable theoretical basis and technical support for the early diagnosis of the disease.

作为细胞内源性活性小分子的生物硫醇类分子，由于其分子结构不同而在细胞活化、机体免疫及肿瘤发生等各个层面均发挥不同的生理调控功能。因此，多种生物硫醇类分子的高通量同时细胞成像分析对相关疾病的早期诊断具有重要意义。本项目拟从构建多位点兼具可调控波段掺杂碳基荧光探针出发，针对提高探针量子产率、特异性识别能力和高通量检测等问题，探索多位点、多波段碳基荧光探针合成机制及其与生物硫醇分子之间的作用机制，实现多种生物硫醇类分子同时快速检测。通过调控合成掺杂探针前驱体、掺杂元素及反应条件，研究光诱导下掺杂探针共振能量/电子转移效应等，结合细胞成像技术，发展生物相容性好、膜穿透能力强、高生物稳定性、高灵敏、高选择性的荧光纳米探针，实现细胞内多种生物硫醇类分子同时高通量原位、实时荧光检测和成像研究，获取生物硫醇类分子在细胞内的分布信息，为疾病的早期诊断提供科学的的理论依据和技术支持。

生物/药物小分子及环境污染物在人体或环境中的含量已成为人体和环境健康评价的重要指标。尤其很多生物、药物分子及环境代谢物在细胞活化、机体免疫及肿瘤发生等各个层面均发挥不同的生理调控功能。因此，多种生物、药物分子及环境污染物的高通量检测及细胞成像分析对解决疾病诊断、环境与食品监测、药毒物检测等相关重要问题提供了理论基础和技术支持。本研究针对复杂生物体及环境水体中生物分子、药物分子及阴阳离子的高灵敏、高选择分析的要求，成功制备了一系列多位点/掺杂可控、生物兼容性好、有利于界面高特异性结合的新型碳基功能纳米复合材料。在此基础上，我们将纳米合成技术、高特异性结合技术、细胞原位成像技术以及新型荧光、电化学信号高效转换技术有机结合，成功构建了高性能纳米生物传感界面并实现了生物小分子、药物分子及金属离子等分析物质在复杂环境中的高灵敏高特异性检测，实现了简单化与功能化的统一。另外，我们也成功构建了多种电化学传感器将其应用于药物分子、生物分子及环境污染物的高灵敏检测中，在此基础上均取得了良好的研究成果。