距离依赖性荧光纳米银簇探针的制备、荧光增强机理研究及生物分析新方法设计

Silver nanoclusters (AgNCs) with fascinating features of photo-physical property, subnano particle size, high good photostability, biocompatibility, facile and cost-effective synthesis, have captured considerable interest of the research community in nano-biological device design and application research. The traditional AgNCs have the problems of low brightness and poor photostability in the application of complex biological samples. In order to overcome these limitations, this project will produce a series of proximity-dependent fluorescent AgNCs probe with stable physical and chemical properties, systematically study the coupling reaction between Ag emitters, law of electron transfer, investigate the optical and morphological response of Ag emitter pair to the regulation of the DNA template, and further elucidate the photoluminescence mechanism. We will prepare FRET-based AgNCs probe with high efficiency, liposome-wrapped AgNCs probe, and AgNCs probe with super structure, in the application of in situ analysis of miRNA, intracellular pH detection and imaging, detection of intracellular signal molecule, and design of bioanalytical method for disease markers. The implementation of this project will offer new insight into the experimental and theoretical research of luminescent silver nanomaterials, and provide advanced tools and strategies for broad application of AgNCs probe in complex biological samples.

纳米银簇以其出色的光物理性质、亚纳米粒径、良好的生物相容性、低成本、制备环境友好等优点成为了纳米-生物器件设计及应用研究的一个热点。针对传统的荧光纳米银簇在复杂的生物分析应用中存在亮度低、光稳定性差的局限性，本项目拟制备一系列理化性质稳定的距离依赖性荧光纳米银簇探针，系统研究纳米银簇间的反应耦合，探讨核酸模板的设计及修饰对其荧光信号的调控和稳定作用，阐释荧光增强机理；制备高效率的荧光共振能量转移的纳米银簇探针，脂质体包裹纳米银簇的负载结构及具有超级结构的纳米银簇探针，应用于细胞内miRNA原位分析、细胞内pH检测及时空成像、细胞内信号分子分析、及疾病标志物的高灵敏分析方法设计。本项目的实施拟对新型纳米银簇的研究提供实验和理论依据，为纳米银簇探针在复杂生物样本中的应用研究提供先进的工具和策略。

纳米银簇以其出色的光物理性质、亚纳米粒径、低成本、绿色合成等优点成为了纳米-生物器件设计及应用的研究热点。针对传统荧光纳米银簇在复杂的生物分析应用中存在亮度低、光稳定性差的局限性，本项目通过设计核酸模板的二级结构和间隔区长度调控纳米银簇共生体的光学和形态性质，制备了一系列距离依赖性荧光增强型纳米银簇探针，量子产率达16.3%；系统地研究了纳米银簇发射团间的反应耦合、电子转移规律，清晰阐释了共生体形态纳米银簇的荧光增强机制是等离子体共振和配体-金属-金属电荷转移共同作用。此外，利用纳米银簇的距离依赖性荧光增强和结构特性，开发了多种荧光纳米银簇探针应用于核酸、三磷酸腺苷、焦磷酸、碱性磷酸酶、葡萄糖等高灵敏检测。本项目的实施对荧光纳米银簇探针的基础研究提供了实验和理论依据，为其在复杂生物样本中应用提供了研究策略。项目执行期间，共发表项目标注SCI论文20篇，中文核心期刊论文2篇，其中包括J Am Chem Soc (1篇)、Angew Chem Int Ed (2篇)、Chem Sci (1篇)、Anal Chem (5篇)、Biosens Bioelectron (1篇)，Chem Commun (1篇)；申请中国发明专利2项；培养博士研究生3名，硕士研究生7名；研究成果获2017年教育部高等学校科学研究优秀成果自然科学奖二等奖；申请人获得2018年国家自然科学基金优秀青年科学基金项目资助及2020年上海市教育发展基金会和上海市教育委员会 “曙光计划”项目资助。