稀土上转换荧光编码微球的设计合成及其生物多重检测应用研究

The fluorescent encoding technology (i.e. suspension array technology) offer several advantages over planar arrays such as flexibility in target selection, fast binding kinetics, and well controlled binding conditions, which reveal the potential advantages in the multiplexed detection, gene express, disease therapy and high throughout selection for the drug. In the present project, we will try to fabricate the lanthanide-doped upconversion nanocrystals with the huge code number for the multiplexed encoding with the 980 nm laser single wavelength excitation. The upconversion encoding sphere with controlled particle size from sub-micrometer to micrometer will be fabricated by loading the upconversion nanocrystal inside the polymer template. The encoding ability of the upconversion sphere will be characterized with the human papillomavirus (HPV) model, which will be used to fabricate the mature and feasible upconversion encoding analysis system with high specificity, high throughout and high sensitivity.

近年来出现的荧光编码微球技术，即液体芯片技术，具有在单位体积内能够提供更多分析识别位点的优势，因此在生物多元分析、基因表达、疾病诊断和药物高通量筛选等方面都具有很好的应用前景。本项目拟构筑多种稀土元素组合掺杂的核壳结构上转换纳米晶体。通过激发态吸收，能量转移以及最新发现的能量迁移效应来研究980nm单波长红外光激发下多色上转换编码的调控，最大化的提高多色荧光编码的数量，为实现生物样本的高通量、多组分同时在线检测提供根本依据。通过负载上转换纳米晶体来构筑尺寸从亚微米级到微米级可控，且负载稳定性、光学稳定性以及光学透过性较好的荧光编码微球材料。以不同亚型的人乳头瘤病毒分型检测模型来检验上转换荧光编码微球材料对于疾病诊断等生物应用的可行性。探索建立特异性强、高通量、高灵敏度的上转换荧光编码检测系统，对于该材料的特异性和灵敏度进行综合评价，为这一新材料制备技术的进一步发展以及后续应用奠定扎实的基础

受本基金项目资助发表SCI论文16篇，其中影响因子>10的论文7篇，影响因子>5的论文15篇，包括Chem. Soc. Rev. 1篇，Angew. Chem. 2篇， J. Am. Chem. Soc. 1篇，Nano Lett.3篇。申请美国专利两项，公开一项，申请中国专利6项，授权1项。撰写出版英文专著1部。申请人在本项目资助后开始担任《中国科学-化学》, 《中国化学快报》等国际学术期刊编委。受本基金资助在国际学术会议上做大会报告1次，邀请报告6次，主持分会场报告3次。受邀在国内学术会议上做大会报告1次，邀请报告5次。2013年本人获得国家优秀青年基金和教育部新世纪优秀人才计划支持。2014年获得上海市明治生命科学奖和上海市科技进步三等奖。本项目的研究目标是构筑一些列高效多色的上转换纳米材料用于生物检测应用。在该基金项目的资助下我们制备了一系列高效上转换纳米材料用于生物成像和载药研究。例如，我们开发了连续层层生长策略构筑了具有多层核壳结构上转换纳米晶，将上转换纳米材料的发光效率提由先前报道的0.1%提高到了0.55%。利用均匀掺杂的合成路线将上转换纳米材料的发光效率进一步提高到了0.89%。此外，我们还利用这类高效的上转换纳米材料进行了一系列生物成像和药物传递研究。例如我们构筑了介孔多功能上转换荧光和磁性夹心纳米材料用于靶向化疗。利用外延种子生长法合成了800nm近红外激发1525nm短波近红外发射的下转换晶体用于深组织生物活体成像。此外，我们还构筑了800nm近红外激发的上/下转换双模式的纳米材料用于高效的体内体外生物成像。开发了生物相容的两性离子磷脂修饰的上转换纳米颗粒用于高效生物成像。鉴于我们在高效上转换纳米材料研究取得的成绩，受邀撰写综述三篇，包括“用于生物医学成像的近红外纳米材料”，“高效率镧系掺杂上转换纳米材料的进展和挑战”，以及“设计具有光学性质和应用工程的纳米结构的实验室上转换纳米颗粒”。