量子点与细胞膜相互作用热力学及其机制

Quantum dots (QDs) have special fluorescence properties and a wide application prospect in biological and medicinal fields. The interaction of QDs with cell membrane is of vital importance, but the relevant studies are still scarce. In this project, the cell membrane will be selected as the research object. The biological microcalorimetry enable us to determine the thermodynamic modes and thermodynamic parameters (K, △H, △S, △G,etc.) related to the interaction between QDs of different surface properties and cytomembrane. Moreover, the effects on cell membrane functions, including membrane potential, membrane fluidity, membrane permeability, and cytotoxicity of QDs will be investigated by cytobiological methods. With the help of spectroscopic and microscopic imaging techniques, the microstructural changes of cytomembrane and the binding sites of QDs will be analysed. According to the relationships among thermodynamic parameters, microstructure changes and macroscopic properties, the interaction mechanism will be disclosed. The research results will provide a lot of important theoretic information on the mechanism of interaction of QDs with cytomembrane and biosafty evaluation of QDs, and contribute to the development and application of nanomatierals as well, thus improving and perfecting the methodology of nano-biological activity.

量子点具有独特的光学性能，在生物医学等领域具有广阔的应用前景。其与细胞膜的相互作用十分重要，但相关研究较少。本研究以细胞膜为对象，拟采用生物微量热技术，构建相互作用的热力学模型，获取不同表面性质的量子点与细胞膜相互作用的热力学参数(K, △H, △S, △G等)；结合细胞生物学研究方法，从细胞膜膜电势、流动性、通透性等方面，研究这些相互作用对细胞膜功能的影响以及产生的细胞毒性；采用光谱、显微成像等研究方法和技术，深入剖析细胞膜的微观结构变化以及量子点的作用位点等；通过建立相互作用的热力学参数、细胞膜宏观性质变化以及微观结构变化三者之间的内在联系，进一步揭示和认识量子点与细胞膜相互作用机制。该项目的研究结果不仅对阐明量子点与细胞膜的相互作用机制、量子点的生物安全性等问题有重要的理论意义，而且对开发和利用量子点等纳米材料具有潜在的应用价值，并将丰富和完善纳米生物效应研究的方法体系。

为了揭示量子点与细胞膜的相互作用机制，制备了不同表面性质的量子点，获取了不同表面性质的量子点与细胞膜相互作用的热力学参数。深入研究了不同表面性质的量子点对细胞膜功能的影响。进一步研究了量子点对细胞膜微观结构的影响，从结构上深化了量子点与细胞膜相互作用的机制。建立与完善了从宏观到微观，从定性到定量，以及热力学研究方法与传统细胞生物学方法相结合的研究模式，并为量子点的合成、应用及其生物安全性研究提供理论依据，促进学科交叉渗透。该项目的研究结果不仅对阐明量子点与细胞膜的相互作用机制、量子点的生物安全性等问题有重要的理论意义，而且对开发和利用量子点等纳米材料具有潜在的应用价值，并将丰富和完善纳米生物效应研究的方法体系。.相关研究工作在SCI 源刊上已发表论文6篇，获国家发明专利授权2项。项目执行期间，负责人获得了湖北省科技进步奖一等奖1项。较好的完成了该项目的研究任务。