细胞中内源性信号分子及作用的动态光声光谱特征研究

内源性信号分子在调节心血管系统、神经系统和免疫系统等的生理功能中起着重要作用。跟踪和监测细胞中信号分子的动态变化及其之间的相互作用，对于深入理解生命化学过程具有重要的科学意义，也是目前面临的难题。本项目以细胞中气体信号分子的光谱特征和相互作用为研究对象，探索和发展光声光谱技术在生命科学研究中应用的原理和方法，为深入理解细胞内各种信号分子的生理机制提供新的光谱分析手段。首先设计研制用于细胞原位光声光谱获取的高性能光声池，并研究信号分子在不同溶液介质中的光声光谱特征，建立生理溶液和细胞内信号分子光声信号的解析方法，实现对信号分子在细胞内的产生、作用和消亡过程的光谱跟踪，得到它们随着细胞生命过程的动态光声特征并建立相关的监测识别模式，这是进一步深入探索信号分子间的相互作用与相互制约机制的理论与实验基础。本项目对促进光声光谱方法在活体细胞研究中的应用具有重要的科学意义，也可能激发新的科学发现。

本项目针对细胞中气体信号分子的光谱特征和相互作用，根据光声效应的原理，研制了适用于固体颗粒、粉末、以及浑浊液体分析测试的光声光谱仪系统及组件。设计研制了用于细胞原位光声光谱获取的高性能光声池，并研究信号分子如NO和H2S在不同溶液介质中的光声光谱特征。为了实现对光声光谱目标信号分子的跟踪检测，我们从电子和共振能量转移的原理和机制出发，结合纳米化学和纳米颗粒表面的分子设计与修饰，利用纳米技术、表面修饰技术和电沉积技术发展出新的功能化纳米体系，合成制备了具有较强蓝色发光的氧化石墨烯。通过其与荧光量子点的组合，以及双发射功能化量子点的构建，建立了基于荧光比色的新型可视化纳米探针，实现了对超痕量目标分子的快速分析检测。部分研究成果在高影响力国际期刊如《分析化学》，《纳米技术》，《材料化学》等杂志上发表论文7篇，并申请了发明专利4项。这些研究为进一步深入探索信号分子间的相互作用与相互制约机制打下了良好的理论和实验基础。