以活細胞為平台可控制備生物檢測標記納米材料

《以活細胞為平台可控制備生物檢測標記納米材料》是依託武漢大學，由崔然擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：以活細胞為平台可控制備生物檢測標記納米材料
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：崔然
• 依託單位：武漢大學

項目摘要

如何在綠色溫和的條件下，有效控制納米材料的組成、結構、尺寸、形狀、示蹤性能、穩定性以及生物相容性等性質以滿足生物醫學標記特別是涉及生物體內動態變化生物/化學信息獲取的標記要求，一直是一大難題。若不進一步突破納米-生物界面控制這一瓶頸，納米標記技術的優勢仍無法充分體現。利用生物體內各種高效專一的生化反應實現對生物標記材料的可控合成是一種嶄新思路。本項目擬從利用並向自然界中的生物體系學習入手，採用活細胞合成和構建類生物體系仿生合成等策略，根據由多個生化反應所構成的反應途徑以及所涉及反應的熱力學、動力學等原理進行設計，從而有目的的對其加以調節和控制，甚至對多個不同反應途徑進行程式化調控，實現生物相容性好、性能穩定、小粒徑、低毒/無毒的螢光納米材料的可控制備。本項目的研究工作不僅為生物檢測標記納米材料的可控制備提供了新方法，也為納米領域的可持續發展提供了新的突破點。

結題摘要

在本項目的支持下，圍繞項目任務和目標，通過三年的研究，已按計畫完成任務，在活細胞及類生物體系可控合成生物檢測標記納米材料方面取得了一系列成果：（一）利用基因工程技術系統研究了活細胞合成量子點的分子機理，在此基礎上建立了一套成熟的活細胞合成納米材料的新技術，成功實現了對活細胞合成量子點的產率的控制，並利用活細菌獲得了能套用於病原體檢測的螢光納米生物體探針，突破了以往通過生物合成技術得到的納米材料無法進一步套用的瓶頸。（二）在理解活細胞合成機理的研究基礎上，通過模擬細胞內環境成功構建了類生物體系。通過人為耦合原本在胞內發生的亞硒酸鈉的酶催化還原代謝途徑以及金屬離子與胺基酸或短肽的配位反應成功構建了“類生物體系”。利用HPLC-MS方法對類生物體系的反應進行了線上監測，證實了與預期反應一致的中間體以及反應前體。（三）利用類生物體系在仿生合成小粒徑、低毒/無毒或近紅外發射等系列新型量子點等納米材料方面取得了一系列進展，並在納米標記材料的“結構-性能控制”方面得到了一定的規律。我們利用構建的類生物體系可控合成了PbSe、Ag2Se等近紅外量子點，研究表明通過控制類生物體系內的離子、短肽等成分可以實現對PbSe量子點大小及形貌的控制；另外，利用類生物體系成功的實現了傳統合成方法很難實現的對超小粒徑Ag2Se量子點的可控合成，得到的Ag2Se量子點具有低細胞毒性、超小粒徑、螢光穿透力強、螢光發射波長可調等優點，在可控合成Ag2Se量子點的基礎上，我們還首次報導了Ag2Se量子點的近紅外電致化學發光現象及其發光機理。此外，我們通過研究類生物體系中CdSe量子點生長的動力學，揭示了高活化能的前體轉化步驟是類生物體系能夠合成小粒徑量子點的關鍵。以上這些研究成果表明在本項目支持下構建的活細胞合成體系及類生物合成體系不僅為生物檢測標記納米材料的可控制備提供了新方法，並且得到的材料具有良好的套用前景，也為理解納米材料的“結構—性能控制”提供了新的思路。相關的工作在ACS Nano ,Analytical Chemistry, Journal of Materials Chemistry, Nanoscale等雜誌發表，並獲得授權專利2項。