基于刺激响应介孔二氧化硅的新型荧光纳米探针构建与生物分析应用研究

The high sensitive detection of important bioactive molecules and cancer cells by the design of nanoprobes and the sensitive device transport is one of the research hotspot in the field of bioanalysis. Mesoporous silica nanoparticle is a desired inorganic carrier because of its special pore structure and large surface area. In this project, by combining the technologies of nanomaterial preparation and modification, molecular engineering and fluorescence imaging, systematic studies will be performed on the preparation and modification of functionalized mesoporous silica nanoparticle, and the design of stimuli-responsive mesoporous silica probes. On this basis, the activatable and "off-on" fluorescence nanoprobes will be constructed based on fluorescence resonance energy transfer (FRET) and target-sensitive dyes. Moreover, the high sensitive detection platforms will be developed for the detection of important bioactive molecules and canser cells in the complicated samples including blood serum and living cells. This study holds great promise to provide new methods and technologies for the design of fluorescence nanoprobes. And this project is also an innovative subject that is expected to promote the development of modern analytical chemistry.

通过纳米探针的构建、标记和敏感器件的装载、传输来实现复杂体系中重要生物活性分子及肿瘤细胞的高灵敏检测是目前纳米生物分析研究的热点。本项目基于介孔二氧化硅纳米颗粒特殊的孔道结构和超大的比表面积等特点，结合纳米材料制备与修饰技术、分子工程技术、荧光成像技术以及现代分析检测技术等，系统开展功能化介孔二氧化硅纳米颗粒的制备与修饰以及刺激响应介孔二氧化硅荧光纳米探针设计研究，并在此基础上，利用荧光共振能量转移原理和目标敏感的荧光染料，分别构建激活式和开关型荧光纳米探针，发展血清及活细胞等复杂体系中重要生物活性分子和肿瘤细胞的高灵敏检测技术平台。此研究将发展荧光纳米探针构建的新原理与新方法，是一项对现代分析化学的发展具有重要意义的创新性课题。

本项目利用介孔二氧化硅纳米颗粒独特的物理化学性质，结合生物纳米技术、分子工程技术、荧光成像技术以及现代分析技术等，构建了一系列新型介孔二氧化硅纳米探针，实现了活细胞内许多重要生物活性分子的原位、实时、高灵敏分析，拓展了二氧化硅材料在化学生物传感领域的更深层次发展。主要成果包括：（1）发展了球形和棒状中空介孔二氧化硅纳米颗粒合成新技术；（2）发展了多种细胞内生物分子响应的介孔二氧化硅纳米探针，如基于三链DNA封堵介孔的转录因子响应探针、基于二氧化锰包裹介孔二氧化硅的谷胱甘肽响应纳米探针、基于钾离子稳定G四聚体功能化介孔二氧化硅的谷胱甘肽响应探针、基于明胶分子封堵介孔的基质金属蛋白酶响应探针、基于银纳米颗粒封堵介孔二氧化硅的多巴胺响应探针、茜素氟蓝功能化介孔二氧化硅的葡萄糖响应探针等；（3）发展了基于酸敏感化学键或非共价键的酸响应探针，如缩醛键、硼酸酯键、静电自组装等；（4）发展了基于介孔硅膜构建的免标记和通用型电化学发光核酸适配体传感平台。通过该项目，发表SCI学术论文19篇，授权发明专利1项，培养博士、硕士研究生8名。