镉系量子点生物安全性的金属组学研究

Due to their excellent fluorescent performance, quantum dots (QDs) have drawn greatest attention in the field of bioimaging. However, the potential biotoxicity of QDs has become a bottleneck problem that greatly limits the applications of QDs in clinic medicine. It is in urgent need of developing novel analytical platform to systematically and deeply study on biosafety of QDs. This project aims to establish a novel effective analytical platform based on inductively coupled plasma mass spectrometry (ICP-MS) and its hyphenated techniques; to investigate the species and their distribution of the elements released from Cd based QDs in cells; to explore the migration and transformation mechanism of QDs in cells; and to supply basic information at the molecular level for biosafety assessment of QDs. The fulfillment of the proposed project will provide effective and applicable analytical methodologies for metallomics study and QDs bioavailability evaluation, provide metallomics information in cells with QDs exposure, and provide important scientific data and information for the related disciplines such as clinic medicine. This project will extend the application of ICP-MS and its hyphenated techniques in metallomics and QDs bioavailability evaluation, and greatly promote the development of analytical chemistry, especially atomic spectrometry/mass spectrometry.

量子点(QDs)由于其优异的荧光性能在生物成像领域受到了极大的关注，然而QDs潜在的生物毒性成为制约其临床医学应用的瓶颈问题，目前亟需发展新型分析平台系统深入的开展QDs生物安全性研究。本项目拟从金属组学的研究角度出发，以等离子体质谱(ICP-MS)及其联用技术为主要分析手段，从分子水平上开展镉系QDs及解离的相关元素在细胞内分布、迁移和转化研究；并结合荧光光谱分析和生化毒性分析，以实现深入研究QDs生物安全性这一目标。课题的完成将进一步改善色谱-ICP-MS联用技术的分析性能，为金属组学研究提供技术平台，也为开展QDs生物安全性研究提供新的实验方法和基础数据，这对分析化学学科(特别是原子光谱/质谱)的发展和学术水平的提高，促进分析化学与生物医学的交叉发展均具有重要的学术意义，而且将进一步完善QDs的毒理学数据，为从金属组学的角度揭示QDs在生物体内的迁移转化和作用机理打下坚实的基础。

功能化纳米材料(CdSe QDs、ZnO NPs、MOFs NPs、AuNPs等)由于自身独特的性质，在生物医学等相关领域有着巨大的应用潜力。在推广纳米材料应用之前，必须全面评估纳米材料的生物安全性。本项目从金属组学的角度入手，从分子水平上探讨了含金属纳米粒子的细胞毒性机制。搭建了金属组学分析平台，包括高效液相色谱(HPLC)-等离子体质谱(ICP-MS)/ 电喷雾(ESI)-MS-MS平行联用元素形态分析新技术，芯片微萃取技术细胞/单细胞内痕量元素分析新方法，基于多功能标记探针ICP-MS定量与荧光成像相结合的生物标志物多模式、高灵敏及多目标物同时检测新方法；利用所构建的金属组学分析平台系统开展了QDs及含金属纳米粒子的细胞毒性研究，首次从分子水平上揭示了CdSe QDs在细胞内的代谢过程，对比研究了ZnO NPs和纳米ZIF-8的细胞毒性机制，利用芯片-ICP-MS单细胞分析平台探究了AuNPs的细胞内吞机制，探讨了AuNPs表面蛋白冠对其细胞内在化的影响。所取得的研究成果不仅为金属组学研究提供了新的技术平台，还为含金属纳米粒子的细胞毒性机制研究提供了翔实的基础数据，这对于分析化学学科(特别是原子光谱/质谱)的发展和学术水平的提高，促进生物、医学等相关学科的发展均具有重要的学术意义，并具有广阔的应用前景。