生物复合荧光共轭聚合物纳米颗粒的制备及与生物大分子作用研究

The biological information of the life processes can be obtained by studying the interactions of outside molecules with biomacromolecules (nucleic acid and protein), bacteria and cells. Further exploring signal transduction mechanisms of major diseases is important for early warning and treatment of these diseases. In the project, we design and prepare the biological composite and magnetic conjugated polymer nanoparticles which are used to recognize and capture special biological molecules through binding targeted elements (antibody, biotin and folic acid etc) or intervening external magnetic field. The regulation and control of protein and gene expression may realize by external chemical and physical technique. In detail, biological composite polymer nanoparticles are prepared throuth covalent connection between carboxyl functionalized nanoparticles with specific function elements (antibody, biotin and polypeptide etc). Based on the electrostatic interaction of carboxyl modified ferroferric oxide and quaternary anime salt modifying nanoparticles, magnetic polymer nanoparticles can be obtained. Next, many researches of conjugated polymer nanoparticles in biolobical field are took, including targeted recognition, signal transduction regulation, etc. Specific as follows: 1)fluorescence imaging in vitro and ex/in vivo, 2)drug delivery and release, 3)gene delivery, 4)drug screening, 5) Anti-tumor and anti-microorganism activities of conjugated polymer nanoparticles as light-harvesting complexes. In conclusion, these studies can provide a new way for major disease detection and therapy.

研究外界分子与生物大分子（核酸与蛋白质）、细菌以及细胞的相互作用，获取生命过程中的生物化学信息，探究信号转导机制，对重大疾病的预警和治疗具有重要的意义。本申请项目利用化学、材料及生物多学科交叉的优势，设计制备生物复合的荧光共轭聚合物纳米颗粒和磁性聚合物纳米颗粒，并与生物受体特异结合，实现对特定部位及特定生物分子的识别，进而达到对蛋白和基因表达的调控。具体通过共价连接将具有特定功能（如靶向、转导及调控）的生物元素修饰到纳米颗粒上得到生物复合的聚合物纳米颗粒；通过静电作用将羧基修饰的氧化铁与季胺盐修饰的纳米颗粒结合得到磁性聚合物纳米颗粒。利用分子生物学和细胞生物学技术，研究功能聚合物纳米颗粒对生物大分子的靶向识别、信号转导调控。利用荧光共轭聚合物纳米颗粒光照敏化氧分子产生活性氧自由基的特性研究其抗菌、抗肿瘤活性，为重大疾病的检测和治疗提供新方法。

本项目利用化学、材料及生物多学科交叉的优势，针对如何高效靶向识别肿瘤细胞和精准治疗为科学问题，开展了基于生物复合共轭聚合物纳米颗粒与生物大分子（细胞）相互作用的研究工作。解决这一科学问题的关键技术为通过共价的方式将生物靶向元素连接到共轭聚合物上，得到高靶向和精准识别功能的生物复合材料。主要的研究内容为1）多色共轭聚合物纳米颗粒的制备、生物功能化及靶向识别肿瘤细胞；2）生物复合共轭聚合物纳米颗粒对肿瘤细胞不同部位定位成像及光动力治疗；3）共轭聚合物纳米颗粒在离子识别和细胞成像中的应用。研究结果不仅实现了靶向肿瘤细胞的不同部位，而且能够区分不同肿瘤细胞和用于细胞内调控离子的检测。研究结果发表SCI科技论文13篇（单篇IF=19.71），已授权4项国家发明专利，正在审查3项发明专利，培养研究生7名。研究工作的科学价值和贡献在于1）提供了一种有效的生物大分子和疏水聚合物共价连接的新方法，实现了对肿瘤细胞不同部位（细胞膜、质、核）的靶向定位以及不同肿瘤细胞的区分识别，揭示了生物大分子之间生物信息的传输过程，为重大疾病治疗提供新方法和理论指导；2）所得生物复合共轭聚合物纳米颗粒可作为荧光成像试剂开发应用，相比目前的小分子荧光染料，共轭聚合物纳米颗粒具有光稳定性强、毒性小、细胞相容性好、发光效率高等优点。