基于硅量子点的新型荧光/磁共振双模态靶向探针的构建及其在肿瘤成像分析中的应用研究

Silicon quantum dots (Si QDs) have attracted much attention in biological imaging field due to their excellent properties such as ultrsmall size, wide excitation spectrum, narrow emission spectrum, high quality water solubility and little toxicity. It can provide a new approach to develop tumor-targeted fluorescence (FL) / magnetic resonance (MR) imaging probes by combining Si QDs with magnetic materials. This research will synthesize high quality Si QDs using microwave-assisted, one-pot, microemulsion and etching methods, respectively. Then the Si QDs will be combined with magnetic materials by doping, self-assembly and capsulation, respectively. Next, various tumor-targeted FL/MR imaging probes will be prepared by the conjunction of targeting molecules corresponding to tumor markers on the surface of the composite of Si QDs and magnetic materials, and they will be employed for tumor-targeted imaging. This research is a frontier and innovative topic in the field of bio-imaging, which intercross the field of inorganic chemistry, material chemistry, analytical chemistry, synthetic chemistry, molecular imaging and clinical diagnosis, etc. The results of this research can provide support for the pathogenesis and therapy study of tumors.

硅量子点因其具有尺寸小、激发光谱宽、发射光谱窄、水溶性良好等优点，特别是对生物体的毒性极小，在生物成像领域有着极其广阔的应用前景。将低毒性的硅量子点与磁性材料结合起来，为发展高性能肿瘤靶向荧光/磁共振双模态生物成像探针打开了新的思路。本课题首先选择微波辅助法、一锅法、微乳液法、刻蚀法等方法制备高性能的硅量子点，并利用掺杂、自组装、封装等方法，使之与磁性材料相结合，生成荧光-磁性复合纳米材料；然后，通过表面功能化在其表面连接上针对肿瘤标志物（靶标）的靶向分子，制备出不同类型的荧光/磁共振双模态靶向生物成像探针，并将其应用于动物活体的肿瘤成像分析研究。本课题是无机化学、材料化学、分析化学、合成化学、分子影像、临床诊断等领域的前沿交叉课题，具有创新性和明显的应用价值。该项目的研究成果可以为肿瘤的发病机理与临床诊疗研究提供强有力的技术支撑。

本项目开展了如下研究工作：（1）以N-(2-氨乙基)-3-氨丙基三乙氧基硅烷为硅源，乙二胺四乙酸锰钠盐为功能化试剂，在温和的条件下成功合成了具有荧光/磁共振双模态成像能力的Mn2+功能化的硅纳米粒子（Mn-Si NPs），并成功地将Mn-Si NPs用于A549细胞和斑马鱼的荧光成像以及斑马鱼和小鼠的磁共振成像研究；（2）采用丙三醇为溶剂，以3-氨丙基三乙氧基硅烷为硅源，柠檬酸钠为还原剂，发展了一种在常压下一锅微波辅助合成蓝绿荧光的硅纳米粒子（SiNPs）的方法。该 SiNPs在HeLa细胞和斑马鱼的胚胎内成功实现了荧光成像应用；（3）以3-氨丙基三乙氧基硅烷为硅源，柠檬酸钠为还原剂，在二乙基三胺五乙酸和Gd3+存在下，通过一锅法合成钆掺杂的硅纳米粒子（D-SiGdNPs），并成功地将其应用于HeLa细胞荧光成像与小鼠磁共振成像；（4）以CdTe QDs为前驱体，在Gd3+存在下，于室温下制备了核-壳结构纳米粒子（CdTe@GdS）。在其表面修饰叶酸后，成功地将其用于动物活体内的荧光/磁共振肿瘤靶向双模成像研究；（5）运用微波能量辅助合成过程，制备了以溶菌酶为包覆剂的荧光金纳米簇，并将其成功地用于小鼠的荧光/CT双模态成像研究；（6）以转铁蛋白（Trf）为模板，建立了一种一锅法室温下合成铜纳米簇（Trf-Cu NCs）的新方法，并成功地将该其用于HeLa细胞的靶向荧光成像；（7）在水相中一锅法合成了Cu+掺杂CdS量子点（Cu+:CdS），并成功地将其用于3T3细胞荧光成像研究；（8）在温和的实验条件下合成了钌配合物功能化的硅纳米粒子复合物（SiNPs-Ru），并将其成功地用于癌细胞的靶向荧光成像和光动力治疗研究。该项目的研究成果可用于动物活体的肿瘤成像分析研究，为肿瘤的发病机理与临床诊疗研究提供强有力的技术支撑。