碳点与BODIPY的超分子相互作用研究及光诊疗应用

Although the optical properties of carbon dots (CDs) have been widely studied and applied in many areas, the research on their acting as construction unit to build nano–supramolecular assembly is rare, it is highly desired to carry out deep research on the basic scientific problems of supermolecular coassembly such as the nature and synergistic rule of intermolecular interaction between the units. In this project, we plan to construct a series of CDs–BODIPY complexes using CDs and BODIPY as building blocks, study on the nature of the interaction between CDs and BODIPY systematically through various characterization techniques, reveal the nature and regulating rule of the supermolecular assemblies, develop the controllable preparation technology suitable for the CDs–based nano–supramolecular assembly, realize the leap from model system to functional materials, and promote the original innovation, study the application of this kind of nanocomposites in the field of photo-diagnosis and treatment, and explore the new mode of accurate diagnosis and effective treatment of diseases. This project will supply material foundation and technological support for the development of photo-triggered nano-theranostic agents.

尽管碳点（carbon dots，CDs）的发光性能已被广泛研究和应用，但把它作为组装基元，构建纳米超分子组装体的研究较少，急需对组装基元间分子间相互作用的本质和协同规律等超分子共组装的基本科学问题进行深入的研究。本项目拟以碳点和结构、功能异常丰富的BODIPY作为组装基元，构筑CDs–BODIPY纳米超分子组装体。通过各种技术手段系统地研究CDs和BODIPY之间相互作用的机制，揭示超分子组装的本质和调控规律，总结并发展适用于CDs基超分子组装体的可控制备技术，实现从模型体系到功能材料的跨越，推动源头创新，深入研究CDs–BODIPY超分子组装体在光诊疗领域的应用，探索疾病的精准诊断与高效治疗新模式，为新型纳米光诊疗剂的开发提供物质基础和技术保障。

开发低毒高效的纳米药物输送体系对提高氟化硼二吡咯（BODIPY）担载量和生物利用度、改善光诊疗效果以及实现更加有效的诊断治疗都具有重要的意义。以碳点（CDs）为载体构筑CDs–BODIPY纳米超分子组装体，有助于实现低毒高效的纳米光诊疗剂的可控合成，以达到增强 BODIPY 的溶解性和生物相容性、提高 BODIPY 负载量及生物利用度、改善 BODIPY的肿瘤治疗指数的目的。基于此，本项目开展了如下工作：（1）合成一系列具有不同结构和性能的CDs和BODIPY分子，并以 CDs 和 BODIPY 为功能基元，构建 CDs-BODIPY 纳米超分子组装体。系统评价 CDs-BODIPY 纳米超分子组装体的稳定性、生物安全性和光疗能力；（2）在前期工作中，我们发现一些CDs-BODIPY超分子组装体存在稳定性差和在水中的溶解度低等缺点。为了解决这些难题，我们通过CDs和BODIPY的交联反应构建了结构稳定的CDs-BODIPY共价有机骨架材料，并在其表面包覆聚乙二醇壳层，显著地提高了它们在生理介质中的分散性。CDs-BODIPY共价有机骨架材料具有良好的生理稳定性和生物相容性、较强的癌细胞摄取能力，优异的产生活性氧物种能力，可作为一种高效光敏剂用于肿瘤的光动力治疗；（3）我们还尝试了CDs和生物大分子的超分子组装，所制备的CDs-蛋白质复合物能够显著高蛋白的活性、稳定性和胞内递送效率，具有抑瘤率高、毒副作用小的优点；（4）除了CDs之外，我们还选取了高分子作为BODIPY的载体，通过BODIPY和高分子的组装制备纳米光诊疗体系，用于肿瘤的成像和治疗。在本项目的资助下，我们已在国际重要学术期刊发表SCI论文32篇，EI论文1篇，申请了中国发明专利3项（获授权1项）。培养博士研究生2名，硕士研究生24名，组建了一支有创造力、有执行力、有凝聚力的研发团队。