基于生物功能化纳米探针的活体荧光分子成像新方法

以活体为研究对象，通过成像方法获得生命活动相关的最直接、最真实的信息，是更好地理解生命过程动态变化、揭示生命奥秘的重要环节。这不仅代表了21世纪系统生物学研究的主题，更是解决人类重大疾病早期诊断和精准治疗中关键科学问题的突破点。

发展原位、精准、灵敏和非侵入性的活体荧光分子成像新方法，是活体分子成像研究的核心内容之一。本项目以活体荧光分子成像的基础研究为基点，将功能化纳米材料和核酸适配体引入活体荧光分子成像。围绕以肿瘤为主要研究对象的活体荧光分子成像探针设计、信号放大、探针输送、靶向定位与活体成像和诊疗一体化的新原理与新方法，开展了系统深入的创新性研究工作。

这些研究工作为肿瘤等重要疾病早期诊断基础研究中的前沿问题以及肿瘤治疗和预后等国家重大需求问题的解决提供了新方法，为中国活体荧光分子成像技术关键理论和核心方法的发展与应用做出了重要贡献。

主要成果包括：

1. 提出了用于活体荧光分子成像的新型比率型“纳米耀斑”荧光探针设计原理，有效克服了复杂生物体系环境下荧光成像的假阳性信号干扰；首次发现了单链poly(T)模板的荧光铜纳米颗粒合成功能，实现了荧光铜纳米颗粒合成的尺寸以及在单链DNA上合成位点的可控性；发现了离子介导的纳米探针解闭聚现象，提出了氯离子介导屏蔽氢键作用的量子点团聚可控技术，显著降低了量子点的细胞表面非特异性吸附；创造性地发展了低背景高荧光强度的长stocks位移近红外荧光纳米探针，实现了活体深层组织的实时荧光成像。

2. 首次发现了二氧化硅荧光纳米颗粒成像探针可部分通过泌尿系统排出，并揭示了其体内分布与代谢依赖于表面修饰基团。聚乙二醇修饰的二氧化硅荧光纳米颗粒成像探计可以显著延长体内循环时间并降低网状内皮系统的吞噬。

3. 提出了DNA为“纳米门”的成像探针光控可逆释放系统以及程序性包裹和定位性释放的成像探针输送原理，构建了肿瘤组织相关酶、肿瘤酸性微环境、肿瘤细胞高表达因子等多种生物内源性刺激响应的成像探针智能输送系统。

4. 最早将近红外荧光金纳米簇和核酸适配体引入肿瘤的靶向定位和活体荧光成像；率先提出了基于细胞膜蛋白触发构型变化的激活式核酸适配体探针设计新原理；系统性地发展了基于生物功能化纳米探针的原位、精准、灵敏和非侵入性的肿瘤活体荧光分子成像检测及诊疗一体化新方法。

项目共发表SCI源期刊论文105篇，获国家发明专利授权7项和美国发明专利授权1项。8篇代表性论文总影响因子83.668（2016 IF）。8篇代表性论文SCI他引共计899次，单篇最高SCI他引213次（入选ESI高被引论文），8篇SCI他引代表性引文总影响因子250.863（2016 IF）。美国四院院士Chad A. Mirkin教授、美国工程院院士Kam W. Leong教授、以色列科学院院士I. Willner教授等该领域专家、学者对项目中相关成果给予充分肯定和高度评价。

项目组1人主持国家自然科学基金重大项目，1人获得国家优秀青年科学基金项目，1人受聘为湖南省“芙蓉学者计划”特聘教授。

以活体为研究对象通过成像方法获得生命活动相关的最直接最真实的信息，是更好地理解生命过程动态变化揭示生命奥秘的重要环节，也是21世纪系统生物学研究的主题，更是解决人类重大疾病早期诊断和精准治疗中关键科学问题的突破点。发展原位、精准、灵敏和非侵入性的活体荧光分子成像新方法，是活体分子成像研究的核心内容之一。该项目以活体荧光分子成像的基础研究为基点，将功能化纳米材料和核酸适配体引入活体荧光分子成像，围绕以肿瘤为主要研究对象的活体荧光分子成像探针设计、信号放大、探针输送、靶向定位与活体成像和诊疗一体化的新原理与新方法开展了系统深入的创新性研究工作，为肿瘤等重要疾病早期诊断基础研究中的前沿问题以及肿瘤治疗和预后等国家重大需求问题的解决提供了新方法，为中国活体荧光分子成像技术关键理论和核心方法的发展与应用做出了重要贡献。主要成果包括： 1.提出了用于活体荧光分子成像的新型比率型“纳米耀斑”荧光探针设计原理，有效克服了复杂生物体系环境下荧光成像的假阳性信号干扰；首次发现了单链poly(T)模板的荧光铜纳米颗粒合成功能，实现了荧光铜纳米颗粒合成的尺寸以及在单链DNA上合成位点的可控性；发现了离子介导的纳米探针解闭聚现象，提出了氯离子介导屏蔽氢键作用的量子点团聚可控技术，显著降低了量子点的细胞表面非特异性吸附；创造性地发展了低背景高荧光强度的长stocks位移近红外荧光纳米探针，实现了活体深层组织的实时荧光成像。 2.首次发现了二氧化硅荧光纳米颗粒成像探针可部分通过泌尿系统排出，并揭示了其体内分布与代谢依赖于表面修饰基团，聚乙二醇修饰的二氧化硅荧光纳米颗粒成像探计可以显著延长体内循环时间并降低网状内皮系统的吞噬。 3.提出了DNA为“纳米门”的成像探针光控可逆释放系统以及程序性包裹和定位性释放的成像探针输送原理，构建了肿瘤组织相关酶、肿瘤酸性微环境、肿瘤细胞高表达因子等多种生物内源性刺激响应的成像探针智能输送系统。 4.最早将近红外荧光金纳米簇和核酸适配体引入肿瘤的靶向定位和活体荧光成像；率先提出了基于细胞膜蛋白触发构型变化的激活式核酸适配体探针设计新原理；系统性地发展了基于生物功能化纳米探针的原位、精准、灵敏和非侵入性的肿瘤活体荧光分子成像检测及诊疗一体化新方法。 项目共发表SCI源期刊论文105篇，获国家发明专利授权7项和美国发明专利授权1项，8篇代表性论文总影响因子83.668(2016 IF)。8篇代表性论文SCI他引共计899次，单篇最高SCI他引213次(入选ESI高被引论文)，8篇SCI他引代表性引文总影响因子250.863(2016 IF)。美国四院院士Chad A.Mirkin教授、美国工程院院士Kam W.Leong教授、以色列科学院院士I.Willner教授等该领域专家、学者对项目中相关成果给予充分肯定和高度评价。项目组1人主持国家自然科学基金重大项目，1人获得国家优秀青年科学基金项目，1人受聘为湖南省“芙蓉学者计划”特聘教授。