核酸适配体编码纳米金光学探针的制备及其细胞功能成像研究

Optical molecular imaging has great role in life science research, and molecular probes and markers for cell imaging are the basis for molecular imaging. According to the technical challenge of the nanogold optical probes for molecular imaging, such as low biocompatibility and targeting capability, weak optical activity, we propose here the strategy of using the nucleic acids to controlled synthesis of novel nano-gold optical probes, and combination of the gold nanoprobe-based plasmoninc enhanced dark-fild scattering and Raman enhancement effects for the cell optical imaging. In this project, we will use nucleic acids, especially cell-targeted aptamer, to control the gold nanocrystal growth process and fine-tune the optical properties with combination our earlier study on the study of gold/nucleic interface, which will improve biocompability and the cell-specific recognition ability, and also solve the biological functionalization and toxicity problems. Also, we intend to use as-resulted nanoprobe for cell imaging with dark-field and Raman microscopy system, and investigate the relationship between structure and function of cell using the model of liver cell with virus infection, so as to provide the foundation and basis for the function study of the biological macromolecules in cells.

光学分子成像在生命科学研究中具有巨大作用，而适用于细胞光学成像的分子探针与标记是分子成像的基础。根据当前针对纳米金光学探针用于分子影像的技术难点，如生物相容性和靶向性低、光学活性弱等问题，本项目提出了利用核酸来调控制备新型的纳米金光学探针，并结合纳米金表面等离子体共振基元散射和拉曼增强效应实现细胞的光学成像的策略。项目将在我们前期研究基础上，利用纳米金与核酸的界面效应，实现对纳米金探针的结构和光学性质的调控，并结合核酸适配体对细胞的特异性识别能力解决纳米粒子的生物功能化及生物毒性问题。并且，我们拟利用纳米金探针的表面等离子共振基元引起的强散射和拉曼增强效应，建立适用于细胞的暗场和拉曼显微成像平台，并以肝细胞为模型，结合纳米金光学探针的暗场和拉曼的共聚焦成像，研究病毒感染后肝细胞结构和功能的变化关系，从而为细胞内生物大分子的功能研究提供新的基础和依据。

光学成像在生命科学研究中具有重要作用，而适用于细胞成像的光学探针是分子成像的基础。针对纳米光学探针用于分子影像的技术难点，如生物相容性和靶向性低、光学活性弱等问题，本项目发展了核酸编码的纳米金探针快速合成方法，实现了纳米结构和光学性质的同步调控，解决了传统探针合成方法存在的步骤繁琐、光学性质难调节和低生物亲和性等问题，进一步探讨了该探针在生物传感和细胞成像中的应用价值。项目组在系统文献调研基础上，确定了可行方案，重点开展了以下研究：（1）利用核酸对纳米晶合成的编码调控效应，优化条件实现纳米金结构及其光学性质的同步可调；（2）制备核酸修饰的光学探针并评价其生物活性和细胞毒性;（3）利用以上探针用于细胞的暗场光学和拉曼成像研究。该研究可为纳米光学探针的制备及其细胞功能成像应用提供新技术手段。