新型靶向荧光多功能磁性纳米组装体的构筑及其性能研究

Magnetic nanoparticle, as contrast agent for magnetic resonance imaging (MRI), is of great significance for application in medical diagnosis. While supramolecular assemblies combined with several functional groups can explore its application enormously. Here, in this project we will synthesize hydrophobic magnetic nanoparticle, cyclodextrin derivatives modified with fluorescent probe (cyanine dye), tumor cell targeted probe (folate), respectively. Then modified chitosan is used as medium to conjugate fluorescent and tumor cell targeted groups onto the surface of magnetic particles through molecular interactions. We will investigate the ability of the assemblies as contrast agent for MRI, as fluorescent probe and tumor cell targeted probe. Furthermore, we regulate the properties of the assemblies by changing the size of particles, the structure of modified chitosan, and the distance between cyclodextrin and cyanine dye, folate. We will try to explore the relationship between the structure of each part of the assembly and the properties of the assembly. Form our studies we hope to provide theoretical basis and experimental support for the preparation of efficient multi-functional biomaterials, which is of great significance for the clinical diagnosis of diseases.

磁性纳米粒子作为磁共振成像造影剂在医学诊断上的应用具有重要意义，而复合了多种功能基团的纳米超分子组装体将极大拓展其应用性能。因此，本项目拟分别设计合成疏水性磁纳米粒子，荧光探针（菁染料）、肿瘤细胞靶向探针（叶酸）修饰的环糊精分子；然后以双修饰壳聚糖作为媒介，通过分子间作用力将荧光探针和靶向探针等功能基团复合在磁性粒子表面。研究该类组装体的磁共振成像信号增强作用、荧光成像性能以及对肿瘤细胞的特异性识别能力。同时通过改变磁性粒子的粒径，双修饰壳聚糖的结构，荧光探针、靶向探针与环糊精分子之间的空间距离等调控组装体的磁性、荧光成像性能以及靶向能力。进一步阐述构成组装体各要素的结构与组装体性能之间的关系，为制备高效的具有多种功能的生物材料提供理论依据和实验支持，这对于疾病的临床诊断具有重要的科学意义。

恶性肿瘤已成为威胁人类健康的主要疾病之一。利用超分子相互作用制备组装体的方法可以模块化的组装不同功能的分子构筑单元，灵活构建集多种功能于一体的组装体。本课题着眼于社会需求及科学发展前沿，探索超分子组装体的基于功能导向的可控制备，并对其可能的在癌症检测和抗癌药物传输等方面的应用进行前期的生物性能评价。（1）探索了制备磁性纳米粒子、叶酸修饰环糊精、噻唑橙修饰环糊精、修饰壳聚糖等组装模块；制备了一个新型的可用于荧光标记的咔唑桥基菁染料荧光探针，研究了其在不同溶剂中的波谱性质，测试了热稳定性、光稳定性，以及对小牛胸腺DNA的荧光标记性能。（2）通过超分子作用力将磁性纳米粒子与噻唑橙修饰环糊精模块进行组装构筑了一类荧光超分子组装体。结果表明组装体的形成更有利于染料分子作为生物荧光探针；饱和磁化强度结果显示组装体仍具有较强的磁性。通过共聚焦荧光显微镜跟踪了组装体在不同孵化时间对HeLa细胞的荧光标记性能，证实了HeLa细胞对制备的组装体有比较强的吸收能力，阐明了HeLa细胞对组装体所采取的吸收机制。细胞存活率结果表明制备的荧光组装体对于HeLa细胞显示了很低的毒性。（3）通过分子间相互作用力将磁性纳米粒子与噻唑橙修饰环糊精、叶酸修饰环糊精组装构筑了同时具有荧光、肿瘤细胞靶向性以及磁性的多功能超分子组装体，利用多种手段对组装体进行了详细的性能表征。测试了制备的HeLa细胞对组装体的吸收能力，细胞存活能力，以及组装体表面的叶酸对肿瘤细胞的靶向性能。通过改变噻唑橙分子与环糊精之间的链长，调控组装体的荧光性能，以及对细胞吸收能力的变化等。阐明了组装体模块结构改变对组装体性能的影响规律，为制备性能优异的组装体提供了依据。综上，我们的实验结果实现了对超分子组装体的基于功能导向的可控制备，制备的多功能组装体可以作为生物医用材料得到进一步的应用。