智能荧光石墨烯量子点的制备—肿瘤酸性pH探针的研究

Smart Materials possess the ability to change few of original properties by applications of any external stimuli, which have been explored to a broad spectrum of diagnosis and therapy of illness. In malignant tumors, the interstitial pH is lower than in normal tissue, and this parameter can be correlated with both poorer prognosis and weaker responses to available therapies. We propose to prepare the smart fluorescent graphene quantum dots pH sensor for stimultaneous two-photon and far-red live bioimaging. The advantages of this kind of smart graphene quantum dots include low toxicity, high sensitivity, nonradiation, low cost and visible guiding surgical operation, which will be used in the tumor diagnosis and clinical therapies.

智能材料是指对环境具有可感知、可响应并具有功能发现能力的新型材料。这种材料近年来被特别设计和开发应用于疾病的诊断和治疗的研究。对于恶性肿瘤，由于其细胞间质pH值低于正常组织，pH响应探针的开发将有望解决肿瘤早期诊断的难题。本项目在前期工作的基础上提出，制备具有高荧光量子产率、大双光子吸收截面、对微酸pH环境有红色荧光响应的智能石墨烯量子点。与现有的核磁共振分子显像和核医学显像相比，这种肿瘤酸性pH荧光响应探针的优势在于低毒(无毒)、高灵敏度、无辐射、低成本以及可视化指导手术等,显示了很好的应用前景，为进一步开发临床应用奠定了基础。

对肿瘤的灵敏、精准靶向诊断和治疗是目前医学界追求的目标。荧光碳量子点在生物体内的毒性表现最低，同时，由于易于实现表面功能化，因此，以具有荧光特性的碳量子点被认为是一种最为理想的用于生物荧光标记、传感、载药的纳米材料。我们制备了高量子产率，荧光颜色可调(从蓝色到近红外)的碳量子点(CQDs)，用于肿瘤的诊断和靶向性治疗等研究，取得了系列有意义成果。制备的红色荧光、近红外荧光的碳量子点可以靶向性只进入肿瘤和肿瘤干细胞和核内，并且可以靶向性早期诊断和治疗肿瘤，抑制癌症复发，更重要的是证明了其机理，为癌症的诊断和靶向性治疗做出了贡献。本项目共发表相关论文29篇，引用次数超过800次。发在 “Nature Biomedical Engineering”文章 “Targeted tumour theranostics in mice via carbon quantum dots structurally mimicking large amino acids”已经接收。受邀在Nano Today, J. Mater. Chem. C, Mater. Chem. Front., Nanoscale以及Anal. Method等杂志写了综述文章。申请2项PCT专利，已经授权1项中国发明专利。正在协商将PCT专利转让。美国NCI(Nanotechnology Characterization Laboratory)将提供免费临床前安全评估。