新型量子点生物探针与肿瘤细胞传感平台的研究

Malignant tumor is a type of high incidence disease threatening human health. Thus it is essential to investigate the mechanism of malignant tumor and develop suitable analytical methods for their early diagnosis and treatment. Our aim in this project is to devise novel technologies and methodologies for the detection of malignant tumor cells and their correlates. Based on the progress of cutting-edge research in analytical chemistry, material science, and life science, novel quantum dots (QDs) (such as noble metal cluster, multicomponent semiconductor, graphene and polymer QDs) as well as their functional composites will be synthesized via sonochemistry, microwave-assisted method, etc. These nanomaterials will be further conjugated with target biomolecules for leukemia and breast cancer cells as well as their correlates, and assembled into bionanoprobes with the capability of specific recognition. By designing multi-scale synergetic biosensor interface, we intend to construct QD-based sensor platforms for detection of leukemia and breast cancer. Taking advantage of the optic and electric techniques, the obtained sensor platforms will be employed to the highly sensitive and specific detection of tumor cells and their correlates, and potentially provide new approaches for early diagnosis, personalized chemotherapy and prognosis evaluation to malignant tumor.

恶性肿瘤已成为严重危害人类健康的一组常见病、多发病，研究各种恶性肿瘤的发病原因，借助分析技术、纳米技术、生物技术和传感技术等学科的融合，找寻和发展新的分析检测方法，是实现恶性肿瘤早发现、早诊断、早治疗的重要发展方向。本项目以发展检测恶性肿瘤细胞及其相关物的新技术和新方法为目标，结合分析化学、材料科学、生命科学等交叉学科的前沿研究成果，采用超声化学、微波化学等方法合成如贵金属纳米簇、多元半导体、石墨烯、聚合物等新型量子点及其功能性复合材料，将其与白血病、乳腺癌等特定肿瘤细胞及其相关物的靶向生物分子相结合，组装具有识别功能的生物纳米探针，设计并构筑多尺度协同的生物传感界面，构建基于新型量子点检测白血病和乳腺癌的传感平台，利用光、电及相关技术对肿瘤细胞及其相关物进行高灵敏特异性检测，为实现恶性肿瘤的早期诊断、个体化药物治疗以及预后评估提供新途径。

恶性肿瘤已成为严重危害人类健康的一组常见病、多发病，研究各种恶性肿瘤的发病原因，发展高灵敏高选择的分析检测新方法，是实现恶性肿瘤早发现、早诊断、早治疗的重要发展方向。本项目旨在通过合成开发贵金属纳米簇、多元半导体、石墨烯、聚合物等新型量子点及其功能性复合材料，组装具有生物识别功能的纳米探针，发展白血病、乳腺癌等恶性肿瘤细胞及其相关物检测的新技术和新方法，为实现恶性肿瘤的早期诊断、个体化药物治疗以及预后评估提供新途径。具体研究中，我们成功合成了镉系核壳结构量子点、碳量子点、掺杂型石墨烯量子点、硅量子点、贵金属纳米簇等具有高量子产率低毒性量子点。通过多种功能材料复合偶联以及生物分子设计组装，构筑具有生物识别和目标物响应功能的纳米探针。利用量子点特有的荧光、电化学、电致化学发光发光、光电化学性能，建立量子点-能量受体间的能量转移体系，对溶菌酶、凝血酶、胸腺嘧啶糖苷酶、碱性磷酸酶、ATP、目标核酸、甲基化DNA链等肿瘤相关生物分子实施了高灵敏检测，并实现了多种白血病细胞和乳腺癌细胞捕获与表面受体表达情况分析。同时，借助量子点及复合材料良好的生物相容性和光谱学特性，实现肿瘤细胞内miRNA、端粒酶、小分子、金属离子、局域温度的原位监测，对不同细胞生理状态和细胞过程中目标分子的变化规律进行追踪。此外，我们利用量子点的荧光特性，整合介孔硅材料的药物负载能力和贵金属纳米结构的光热性能，构筑了对肿瘤细胞内标志物分子如miRNA、ATP、组织蛋白酶以及微酸环境特异性响应的药物释放系统，在原位探测胞内生物分子的同时实现肿瘤的多模式联合治疗。在本项目的支持下，项目组共发表SCI论文129篇，申请国家发明专利14项，本项目研究为白血病、乳腺癌等恶性肿瘤的病理机制研究以及早期诊断与治疗提供新方案。