富氮量子点的合成、靶向标记及其在肿瘤细胞成像中的应用

Non-metal quantum dots (such as C-dots) have little potential long-term toxicity and enviromental contamination, but maintain the similar optical properties as semi-conductive quantum dots. They have been widely applied in material science, physical science, chemical sciences, esp. in biomedicine and bioimaging. In our previous study, we accidently produced a new kind of nitrogen-rich quantum dots (N-dots) with 2-azidoimidzole as starting material under mild conditions, and the N-dots showed excellent optical properties. Here, we plan to prepare N-dots with various heterocycle molecules,esp. N-dots with red fluorescence emission, and study the relationship of N-dots formation and their optical properties with the molecular structures of starting materials and demonstrate the detailed mechanism of N-dots formation. In addition, we further modified the surface of N-dots and labelled with some target molecules for detection of cancer cells and cell imaging. This will further expand the applications of N-dots

非金属量子点 如碳量子点，因不含有重金属粒子，对生命体系不存在潜在的长期毒性及环境污染，但却具有半导体量子点的光学特性，因此在材料科学、物理科学、化学科学等各方面都得到广泛的应用，特别是在生物医药和成像领域。我们前期发现以叠氮咪唑为原料可以制备的富氮的氮量子点，而且具有优良光学性质。本项目拟在此基础上研究各种不同结构的杂环化合物制备氮量子点的可能性,特别是长波长荧光的氮量子点，探讨制备量子点的原料结构与量子点制备的可能性及其光学性质的关系，阐明氮量子点形成的可能机制。同时，对形成的氮量子点进行表面靶向修饰，用于肿瘤细胞的特异性检测和细胞成像，为氮量子点的进一步应用奠定基础。

碳量子点自发现以来在材料科学、物理科学、化学科学等各方面都得到广泛的应用，但其形成机制一直没有定论。本项目根据课题组前期的发现设计合成了各种叠氮杂环分子及其形成氮量子点的规律进行分析，初步阐明其形成机制，进而作为纳米探针用于细胞成像。对合成的一系列含叠氮的杂化化合物在不同条件下形成氮量子点的进行了合成尝试，发现只有叠氮咪唑化合物具有在加热、光照和微波条件下较高产率生成氮量子点的能力，特别是在光照条件下，氮量子点生成的质量达到理论原料利用率为92.7 %。其它如苯并叠氮咪唑化合物可以生成微量的氮量子点。尽管增加了结构单元的共轭，但是苯并叠氮咪唑为原料生成的氮量子点的发射波长并没有发生红移，因此目前制备的氮量子点发射波长在绿光范围内。通过对叠氮咪唑的系统研究，初步阐明了相应氮量子点的氮烯聚合和聚合物成核的形成机制。进一步完成了相应氮量子点对重金属离子的检测和细胞水平上的上转换荧光发射的细胞成像。同时，我们还合成了一系列具有生物拉曼信号静默区的拉曼微球和表面增敏的拉曼纳米探针，通过进一步的表面靶向功能化修饰，实现了对肿瘤细胞和动物肿瘤模型的靶向识别和拉曼成像。在本项目支持下的氮量子点的研究结果将为碳量子点的形成机制研究奠定基础，而生物正交拉曼探针的研究将在肿瘤检测和生物成像等领域具有应用前景。