壳-卫星状手性纳米材料的可控制备与生物应用

Based on the intensive plasmonic interaction of noble nanoparticles assemblies and the chiral optical activity of assemblies. The assembled nanostructure exhibited collective synergistic effect, which showed great research significance and application prospect in life science and food safety. This project will perform DNA based self-assembly and galvanic replacement. Through the dynamic self-assembly, the project will construct the gold shell- silver satellite. With the chiral molecular modification and the size of the building block variation, the connection between structure and light signal will be established, and the origin of chirality in this new assembly can be elucidated. Moreover, the project will also carry out the relationship between chiral assembly and living organism after incubation with cells. The chiral assembly based miRNA detection protocol with high sensitivity in cancer cells will be developed. This project will provide the new theoretical basis for construction self-assembled nanostructure and wide application in living cells.

基于贵金属纳米材料强烈的等离子效应以及组装体结构的手性响应，能够使得组装体结构表现出协同作用，对生命科学研究领域以及食品安全具有十分重要的研究意义和应用前景。本项目拟采用DNA自组装以及贵金属的电置换技术，实现金纳米壳-银纳米粒子的卫星状的可控动态自组装过程研究。利用手性分子的修饰以及对组装基元粒径的控制，建立结构与光信号响应之间的关联机制，阐释这种新型组装结构的手性来源。并进一步将其与生物体相结合，揭示手性组装体与生物体的相互作用，发展基于手性组装体对肿瘤细胞内miRNA的高灵敏分析检测的新原理与新方法，为自组装纳米材料的构建及其在生物体中的应用提供新的理论基础。

利用纳米材料DNA自组装技术，制备了卫星状纳米组装体，并研究了卫星状纳米结构的手性机理。基于两种纳米组装体的光学信号，通过特异性的适配体序列的识别，建立了高灵敏检测前列腺特异性抗原和多巴胺的方法，进一步研究了纳米材料在细胞中的生物相容性。具体内容如下：.1. 制备了金纳米粒子，银纳米粒子等单一的纳米材料。并基于这些单一的纳米粒子和DNA序列的互补配对，通过透射电子显微镜表征所制备的以银为“核”周围分布一圈“卫星状”金纳米粒子的结构，通过伽凡尼反应制得以空壳的银金合金纳米粒子为“核”周围分布一圈“卫星状”金纳米粒子的结构，以金纳米棒为“核”周围分布一圈“卫星状”量子点纳米粒子的结构，产率可达80%。.2. 对所制备的银核金卫星状结构和空壳金卫星状结构进行圆二色光谱分析，发现随着金纳米粒子的粒径增大，组装体的手性信号也发生了从0增加到-35毫度。组装体表面修饰半胱氨酸进一步实现了手性调控，并通过三维冷冻透射电镜图进行了结构手性产生机理分析。.3. 基于制备的金纳米棒核量子点卫星状组装体，成功构建了高特异性和高灵敏的检测前列腺表面抗原（PSA）的方法。将PSA适配体修饰在金纳米棒表面，量子点表面修饰PSA适配体部分互补序列，溶液中出现检测物质PSA的时候，组装体解离，量子点游离在溶液中，即溶液荧光信号发生变化。通过荧光信号强弱来建立与PSA浓度的标准曲线，检测的线性范围0.1 amol/L-10 amol/L，最低检测限（LOD）可达到0.029 amol/L。.4. 对制备的纳米材料进行生物相容性分析。制备的金纳米粒子和空壳卫星状纳米组装体重悬在细胞培养基中，并通过透射电镜，紫外光谱等表征展现了良好的稳定性。将上述三种纳米材料与细胞共同培养24 h后，通过MTT细胞活性均达90%以上，生物电镜和流式细胞仪观察到细胞状态良好，并无明显凋亡。之后在相应波长的激光照射之后，通过MTT和激光共聚焦显微镜观察细胞活性降低了28%-50%。表明所制备的纳米材料具有良好的生物相容性，并有望实现肿瘤的光治疗和胞内物质的原位检测。