具有SERS活性的Sp3杂化型二维纳米材料的构建及其在肿瘤成像及光疗中的应用研究

The potential of Sp3 hybrid two dimensional (2D) nanomaterials represented by graphene oxide (GO) in biomedicine has greatly promoted the development of theranostics, and eventually paves the way for precision medicine. The hybridization of nobel metal nanoparticles to 2D nanomaterial not only shows enhanced therapeutic effect, but also displays excellent SERS activity. This 2D SERS system exhibits unique advantages different from the conventional SERS system. On the basis of several previous studies, we propose fabrication of a novel 2D SERS platform using a latest Sp3 hybrid 2D nanomaterial, black phosphorus (BP), as the basic component. It is expected to resolve some problems existent in the GO-based 2D SERS system, such as complex preparation procedure and intense background interference. The optimal NIR SERS activity of BP-Metal will be achieved through the adjustment of the composite structure. Then a new type of NIR SERS probe based on BP-Metal will be fabricated for bioimaging of tumors. Furthermore, the photothermal effect and photodynamic activity of BP-Metal will be investigated, and the applications of BP-based nanomaterials for SERS imaging guided cancer therapy will be carried out. The molecular mechanism of antitumor activity of BP-Metal will be finally analyzed by the optical imaging techniques combined with routine biochemical methods.

近年来以氧化石墨烯(GO)为代表的Sp3杂化型二维纳米材料的潜在医用价值有力地促进了以实现精准医疗为目的的诊断治疗学的发展。当贵金属纳米颗粒与之复合后不仅展现出增强的治疗效果，还表现出良好的SERS活性。这种二维SERS体系具有区别于常规SERS系统的独特优势。在大量的前期研究基础上，本项目拟选用新近发现的Sp3杂化型二维纳米材料——黑磷作为基础结构，构建一种新型二维SERS体系。期望解决存在于GO类二维SERS体系中制备不够便捷、背景干扰严重的问题。并通过优化黑磷-金属的复合结构，调制出最佳的NIR SERS活性。在此基础上设计出以黑磷-金属为活性基底的NIR SERS探针，应用于肿瘤的生物成像。同时，研究黑磷-金属复合物的光热效应和光动力活性，开发黑磷纳米材料在肿瘤治疗领域的应用，实现SERS成像指导下的肿瘤治疗。最后，采用光学成像手段结合常规生化方法探讨黑磷材料的抗肿瘤分子机制。

近年来以氧化石墨烯(GO)为代表的Sp3杂化型二维纳米材料的潜在医用价值有力地促进了以实现精准医疗为目的的诊断治疗学的发展。当贵金属纳米颗粒与之复合后不仅展现出增强的治疗效果，还表现出良好的SERS活性。这种二维SERS体系具有区别于常规SERS系统的独特优势。在大量的前期研究基础上，本项目选用Sp3杂化型二维纳米材黑磷作为基础结构，设计合成了多种基于黑磷的纳米诊疗体系，并将之运用到生物体系的检测、成像与诊疗当中。主要的研究内容有：黑磷量子点的诊疗应用；黑磷-金纳米复合物的SERS成像及光化疗应用研究；黑磷-金纳米复合物的细胞內吞机制及细胞内定位研究；基于黑磷纳米材料的肿瘤光免疫治疗研究；基于黑磷-金三维纳米结构的致病菌SERS探测；基于黑磷-聚吡咯复合纳米结构的肿瘤光热治疗。另外，在本项目的支持下，在相关研究领域中也取得了一些拓展成果，如：氧化钼纳米材料的SERS分析与肿瘤光热治疗应用；二维材料-金纳米复合物的免疫SERS探针用于追踪癌相关成纤维细胞的演化过程；新型聚集诱导发光碳点作为可逆双开关发光墨水，用于高级防伪和双重加密；金银核壳纳米颗粒处理细胞的自噬通路的初步研究；基于碲化物的SERS探针的制备与应用。该研究能够为基于拉曼技术的生物体系检测与成像提供新的策略，同时具有SERS活性的纳米体系的开发及其在肿瘤诊疗中的应用可为纳米肿瘤医学提供一定的理论及实践基础。