新型硅纳米微球的制备及其在免疫荧光细胞成像上的应用

荧光细胞探针是进行各种细胞行为研究的重要工具。荧光硅纳米颗粒由于其优良的生物相容性，作为潜在的荧光细胞探针得到了广泛关注和研究。但由于受硅内在物理性质（间接能带间隙）的限制，导致硅纳米颗粒荧光量子效率低；此外，绝大部分硅纳米颗粒的表面均为憎水性基团，导致其水分散性差。因此，低荧光量子效率和不良水分散性极大限制了硅纳米颗粒作为荧光细胞探针的应用。本项目拟发展一种新型的硅纳米微球，该微球兼具优良水分散性、优异光/化学稳定性、高荧光量子效率和良好生物相容性。在此基础上，建立温和、有效的蛋白偶联方法，在不影响硅纳米微球光学特性下实现其与蛋白质的偶联，进而将所得到的偶联产物用于免疫荧光细胞成像。同时探索这种新型硅纳米微球作为荧光细胞探针的应用前景。本课题的研究对于发展新型硅纳米材料，拓展硅纳米材料在细胞生物学领域的应用具有重要的理论和实际意义。

荧光细胞探针是进行各种细胞行为研究的重要工具。荧光硅纳米材料由于其优良的生物相容性，作为潜在的荧光细胞探针得到了广泛关注和研究。本项目提出微波辐射制备硅纳米材料的方法，制备得到兼具优良水分散性、优异光/化学稳定性、高荧光量子效率和良好生物相容性的不同硅纳米结构（纳米颗粒、纳米微球、纳米线等），并将其与蛋白质偶联，构建得到具有良好生物活性和荧光特性的硅基纳米生物荧光探针，成功用于免疫荧光细胞成像的应用研究。具体研究成果包括：.1..利用微波辐射技术，发展了一种兼具高荧光强度、强光稳定性、优良生物相容性和优异水分散性的多色量子纳米微球，用于长程细胞荧光成像；.2..发展了微波辅助“一锅法”制备荧光硅纳米颗粒。所制备得到的硅纳米颗粒具有超小尺寸，更兼具优良的水分散性、强光/化学稳定性和高荧光强度。.3..发展了新型的荧光硅纳米杂化材料—荧光量子点修饰的水溶性硅纳米线。该荧光硅纳米线具有良好的水分散性和光稳定性，进一步将其与蛋白质偶联后，可用于长程免疫荧光细胞标记。.4..发展了具有近红外发光特性的水溶性量子点，并将其与蛋白质偶联，实现了在细胞和活体层面的高灵敏、特异性的生物成像。.5..利用蛋白质分子作为配体，采用一步法在水相体系直接制备得到兼具良好水分散性、高荧光强度和生物活性的荧光硅纳米颗粒。该荧光硅纳米颗粒无需额外的蛋白偶联修饰即可实现对肿瘤细胞的特异性靶向标记。..2010年至今，项目主持人以第一作者或通讯作者身份发表标注基金资助本项目的文章共17篇（其中影响因子>10.0论文8篇，Angew. Chem.封页文章2篇），申请中国专利5项。本研究课题的完成对于发展新型硅纳米材料，拓展新型硅基纳米生物荧光探针在细胞生物学领域的应用具有重要的理论和实际意义。