多功能矽基納米材料的製備及其在生物醫學中的套用

《多功能矽基納米材料的製備及其在生物醫學中的套用》是依託清華大學，由孫樹清擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：多功能矽基納米材料的製備及其在生物醫學中的套用
• 依託單位：清華大學
• 項目負責人：孫樹清
• 項目類別：面上項目

項目摘要

本項目針對無毒副作用矽基量子點在諸如製備、尤其是表面功能化方面的缺陷導致的量子點在生命醫學套用研究中面臨的問題，依據矽基材料對微波有很強吸收的特點，首次提出利用微波輔助矽烷化技術製備螢光性能和穩定性好的矽量子點。一方面，這種方法簡便易操作、反應效率高、適用範圍廣、可避免其他表面修飾方法的缺陷；另一方面，由於減少了實驗步驟同時降低了量子點在修飾前與環境的接觸時間，其性能也可以得到進一步提高。為進一步開拓矽量子點在生物醫學中的套用，設計了2條製備表面多功能化的矽量子點/納米材料的途徑。其一為通過分步驟表面修飾，製備Janus型矽量子點和多孔矽納米材料；其二為通過控制脫鐵鐵蛋白的自組裝過程，製備表面多功能化的核殼型量子點@脫鐵鐵蛋白納米複合材料。最後研究所製備的多功能矽量子點在細胞成像、組織成像、靶向輸運、藥物示蹤以及靶向治療等生物醫學方面的套用。

結題摘要

本項目針對矽基量子點及多孔矽材料在諸如製備、尤其是表面功能化方面的缺陷導致的在生命醫學中面臨的問題，研究了多種合成矽量子點及其表面功能化的方法，研究了它們在生物醫用領域的套用，包括細胞的螢光標記、載藥性能、複合納米材料的抑菌性能及在超靈敏感測中的套用。具體成果包括：製備了螢光量子效率高、性能穩定的紅色螢光矽量子點並用於細胞標記，相比其他量子點其細胞毒性非常低；多孔納米矽的載藥性能良好，通過表面修飾可以用於不同熔解特性的藥物輸運；通過多孔矽材料與銀納米顆粒及磁性納米粒子的複合，得到了抑菌性及穩定性都很好且能夠磁導向的抗菌材料；在生物分子的超靈敏感測中，取得了很高的檢測靈敏度和很低的檢測限。 在研究矽量子點及多孔材料的基礎上，我們將項目進一步拓展到第四主族元素鍺量子點的研究上。發明了鍺納米晶的綠色合成方法，該方法採用二氧化鍺作為鍺源，用鹼性溶液溶解後，無需惰性氣體保護，在加熱的條件下用硼氫化鈉作為還原劑，獲得無色透明的鍺納米晶溶液。通過X射線表面光電子能譜表征，表明大部分鍺元素以單質狀態存在。用此方法獲得的鍺納米晶的量子產率高達26%，並表現出優異的光穩定性。並詳細研究了其細胞毒性、及其套用。這種方法製備的鍺納米晶的螢光性質具有pH依賴性，在pH大於6的情況下螢光很強，但是pH小於6的情況下螢光會迅速淬滅，尤其當溶液pH值在5~6之間變化時，鍺納米晶的螢光強度變化會表現出指數變化趨勢。溶酶體是一種酸性細胞器，其pH值大約在5左右。如果溶酶體的pH升高就會影響其內部多種酶的活性，進而影響細胞的功能。用Bafilomycin A1處理後的細胞與鍺納米晶共孵育後，鍺納米晶在細胞內的螢光強度會明顯增強，表現出靈敏的溶酶體損傷指示特性。 以上這些成果對矽基材料的進一步套用和開發提供了重要的依據，並對未來的研究方向提供了思路。