多功能Au@Ag异质纳米棒探针的制备及在病原细菌诊疗中的应用研究

Antibiotics abuse leads to the occurrence of multidrug resistance bacteria, which brings about a serious challenge to the treatments of pathogenic bacterial infections. In this project, we are about to synthesize the high-quality Au@Ag heterogeneous nanorods, to focus on the gram-positive (Staphylococcus aureus) and gram-negative (Escherichia coli) bacteria, and to study their interaction with the landscape phage library f8/8. After several rounds of selection, the bacterium-specific proteins will be isolated and purified from phages that are affinity selected from the landscape phage library against target bacterium. Subsequently, the Raman probing molecule, the polyelectrolyte and targeting pⅧ proteins will be assembled on the Au@Ag heterogeneous nanorods via chemical bonding interactions. The surface plasmon resonance (SPR) peak will be shifted around 808 nm. The self-assembly mechanism will be discussed. The Raman detecting and bactericidal mechanisms will be also revealed. The ultimate aim is to complete the high-specific and high-killing theranostics purpose of bacterium by using the photo-thermal properties of Au@Ag heterogeneous, the targeting ability of pⅧ proteins and the Ag inherent antimicrobial nature. In this project, we will bring forth new ideas for developing the strong targeting ability, excellent detecting and antimicrobial performances and good bio-safety nanoproducts.

抗生素的滥用导致了多重耐药菌的出现，为病原菌的诊断和治疗带来了严峻挑战。本项目拟合成高品质的Au@Ag异质纳米棒，以大肠杆菌和金黄色葡萄球菌为模式对照菌株，分别与f8/8风景噬菌体展示文库相互作用，经过几轮生物淘选，高通量筛选出与目标菌株靶向特异性结合的噬菌体单克隆，经纯化获得融合特异性配体的pVIII蛋白。依次将拉曼分子、聚电解质和pVIII蛋白组装在Au@Ag异质纳米棒的表面，调控组装体的等离子共振峰位使其处于808 nm 附近，探讨自组装机理，揭示生物纳米探针对不同病原菌的拉曼检测和杀菌效果，阐述杀菌机理，旨在利用pVIII配体的特异靶标识别能力实现对病原菌的专一靶向递送和Au@Ag异质纳米棒结构的近红外光吸收产热效应及银纳米材料本身具有的抗菌特性，实现对病原菌的高特异性和杀伤性诊疗目的。本项目将创新靶向能力强、检测快速和杀菌效果好、生物安全性高的病原菌纳米诊疗方法。

抗生素的滥用导致了耐药菌的出现，严重威胁到人类的健康。寻找新的材料（试剂）或方法来对抗耐药菌成为一个非常重要的公共健康问题。激光光热疗法是利用外加能量使病变的组织产生一定范围的高温，杀死病原体而不损害正常细胞的一种新型疗法。因其具有高效杀菌（主要是物理作用杀菌）和不产生耐药性等优点，引起了广泛的关注。对于该疗法，利用绿色纳米技术合成出生物相容性好、方法简单、成本低廉和光热转化效率高的纳米材料是该领域的研究热点，在医学应用上具有重要的价值。本研究是利用生物质作为模板，常温、水相条件下合成出三种纳米材料，并分别研究了它们的医学应用。简介如下：工作一是利用牛血清白蛋白作为模板合成出硫化铜纳米粒子（平均粒径为21 nm），该材料具有较好的生物相容性（无抗菌活性）和强的光热转化效率（24.68%），在980 nm的近红外光照作用下，对加入50 ppm的硫化铜纳米材料的细菌培养溶液中光照5分钟，发现金黄色葡萄球菌和大肠杆菌的死亡率都大于80%；而同样细菌培养条件下，单独光照或单独加入硫化铜纳米粒子的溶液，细菌的死亡率都远低于80%。表明我们合成的材料具有较好的近红外光杀菌能力，是一种安全、高效的对抗多药耐药菌的新材料。进一步，我们把它跟壳聚糖溶液按照一定比例混合，通过电纺丝技术得到了近红外光激发产热的纳米膜，用于皮肤细菌感染伤口的治疗。工作二是利用杨桃水提液作为模板合成出“花状的”金纳米粒子（平均粒径为100 nm），具有较好的生物相容性和稳定性，并且展示出强的近红外吸收特性，被成功地用于体外和体内的乳腺癌细胞光热治疗，可望为癌症的光热治疗提供新材料选择。工作三是利用牛血清白蛋白作为模板合成出Au-Ag@BSA纳米颗粒（2-4 nm），并研究了该材料对细胞和斑马鱼的毒性，表明具有较好的生物相容性，可作为一种重要的CT成像试剂。此外，该材料的抗菌和拉曼性能也在研究之中。