新型碳、硅量子点的可控合成、荧光性质调控与肿瘤靶向治疗成像

以前期工作为基础，我们将深入、系统地研究新型碳、硅量子点材料的可控制备、性质调控、靶向载药与治疗成像等应用。研究内容主要涉及：细化、优化碳、硅荧光量子点的电化学合成法，大量的可控合成碳、硅荧光量子点；细致表征碳、硅量子点的荧光性质，找到其发荧光的主要原因及主要影响因素，进一步通过表面修饰等手段来调控碳、硅量子点的荧光强度与稳定性；研究新型碳、硅量子点的生物学效应；研究碳、硅量子点与生物靶向分子的偶联与肿瘤药物的装载；研究碳、硅量子点的活体肿瘤（小鼠乳腺癌模型）靶向治疗成像。该项目的展开为新型量子点材料在生物医学、检验、靶向治疗等领域的应用都带来了新的机遇，具有重大的理论与实践意义。

碳、硅量子点是生物相容性好、荧光性质丰富的新型量子点，拓展它们在生物荧光成像等领域的应用是当今材料与生命科学研究上的重要话题。本项目主要是围绕新型碳、硅量子点的可控合成，荧光性质调控以及相关肿瘤成像、治疗这一主线，开展系列性的研究工作。我们发展和优化了一系列合成方法，大量可控的合成了碳、硅量子点。明确了碳量子点的结构和表面组成，阐明了碳量子点的结构与荧光、光化学等性质之间的关系。着重考察了与碳/硅量子点发光相关的主要因素，获得了高荧光量子产率的碳、硅量子点。发展了一系列碳量子点与酪氨酸酶、漆酶、络氨酸的复合探针，并应成功用于对多巴胺、儿茶酚、左旋多巴等分子的检测。我们开发出基于碳量子点高效的MALDI-MS基质，实现了生物小分子的高灵敏检测与成像。考察了碳量子点对脂肪酶、漆酶催化活性的调节作用，构建了高活性的碳量子点/酶复合催化体系。合成和优化了多种荧光碳/硅量子点，用于细胞、小鼠活体的生物荧光成像。筛选出对细胞核特异性染色的荧光碳量子点，有望代替现有的商业染料。考察了碳量子点的细胞毒性及对细胞膜通透性的实时、定量的影响。建立了利用扫描电化学显微镜来评价碳量子点对细胞膜通透性影响的评价方法，并验证了该方法对于其他纳米材料（SiO2，C60等）的普适性。考察了碳量子点在小鼠体内的生物分布和和代谢等毒。制备了一系列碳/硅基复合纳米材料，并将它们用于磁共振、X射线双重显像、多功能肿瘤成像与治疗等。此外，我们发现碳量子点可以增强核酮糖-1,5-二磷酸羧化酶/加氧酶的活性，提高植物的光合效率，从而使农作物的含糖量和产量均有大幅度提高（~20%）。在本项目的支持下，发表SCI研究论文近200余篇，申请专利22项。部分研究成果也将会形成我国具有完全自主知识产权的成果。本项目相关研究工作的开展，无论是对碳、硅纳米结构材料性质的深入理解，还是对重大疾病预警、靶向治疗等都具有重要实践意义。