新型多功能纳米探针的构建及其在生物成像中的应用

This project focusses on the development of novel multifunctional nanoprobes and their bioimaging applications for the diagnosis and therapy of serious diseases. In this project, NIR fluorescent quantum dots, persistent luminescence nanoparticles, activatable optical probes with low background and single-mode nature will be applied as the basic building units to construct new multifunctional probes for highly specific and sensitive in-vivo bioimaging. The bioprobes to be developed range from NIR fluorescence/MRI and activatable fluorescence/CT multi-modal probes to new theranostic probes integrating multimodal bioimaging and multi-therapeautics. This project is of great importance for the further study on the mechanism, diagnosis, and therapy for serious diseases.

本项目针对重大疾病诊断和治疗的需求，开展新型多功能纳米探针及其应用于生物成像的基础研究。本项目拟以近红外量子点、长余辉纳米材料、上转换纳米材料、可激活光学探针等单模态低背景纳米探针为基础，通过化学方法构建新型低背景多功能生物成像探针，实现高靶向性和高灵敏的活体多模态成像。从发展近红外荧光/MRI和可激活近红外荧光/CT多模态成像探针，到将多模态成像与治疗技术（如光热、光动力学和药物治疗等）集于一体的诊疗一体化多功能纳米探针，实现“多模态成像→多模态成像 + 单方式（如药物或光热或光动力学）治疗→多模态成像 + 多方式（如药物和光动力学）治疗”的逐步发展。本项目对于进一步研究重大疾病的发生机制、发展历程、诊断、治疗和疗效评价等具有重要的意义。

多功能生物探针的构建对疾病的精准诊断和靶向治疗具有重要意义。本项目从性能优良的长余辉纳米粒子（PLNPs）和金属-有机骨架（MOFs）等纳米材料的可控制备入手，通过发展各种功能化策略，构建了系列新型低背景单/多模态多功能成像探针，实现了高靶向性和高灵敏的活体单/多模态成像和干细胞追踪。通过进一步引入光热、光动力学、药物治疗和免疫治疗等治疗技术，发展了多种肿瘤诊疗探针，实现了“精准成像+单方式治疗→精准成像+多方式联合治疗”的逐步发展。本项目初步解决了PLNPs发光性能优良和粒径可控难以共存的难题，发展了制备小粒径单分散高性能PLNPS的新方法，丰富了PLNPs基纳米探针的构建策略及其生物分析应用领域。提出了自限制法制备多功能MOFs纳米材料新策略，推动了生物成像功能MOFs材料的发展及应用。发展了基于生物活性分子引导合成来构建生物成像和治疗探针的新方法。提出了双因素协同激活可逆响应新策略，解决了传统“always on”或不可逆“turn-on”成像策略所存在的信噪比低和易产生“假阳性”结果等问题。本项目为发展高灵敏度和高选择性的诊疗一体化探针提供了新方法，促进了材料科学、分析化学和生物医学的交叉和融合。本项目的研究成果在本领域主流期刊上发表相关论文55篇（包括1篇JACS，1篇Nature Communications，1篇Advanced Materials，1篇Accounts of Chemical Research，8篇Analytical Chemistry，5篇Chemical Science，3篇Advanced Functional Materials，6篇Chemical Communications等）。