多靶向功能的活细胞拉曼光谱成像技术及其生物医学应用

To in vivo, in situ and real time obtain the complex information including the compositions and structures of cells, multi-molecular location and their interaction during the physical or pathological processof cells play an important role on the explanation of several subjects in cell biology and the investigation of the early diagnosis and pathogenesis of many serious diseases. On the basis of our previous researches involved in Raman and surface enhanced Raman spectroscopy, this project aims to synthesize and filter noble metal nanoparticle with high SERS effect and stability, Raman label molecules with high differential scattering section and the easily surface modified packing nanomaterials with high biocompatibility, and further to assemble novel label and label-free SERS probes. Finally, it is highly possibe to carry out simutaneous imaging of several subcellular organelles and biomolecules as well, and more important, to directly obtain the chemical information of a certain subcellular organelle. This project is to provide a novel imaging means for investigating the physical and pathological process of living cells.

活体、原位、实时获取细胞生理和病理过程中细胞结构组成、多分子定位及其相互作用的信息对于解释许多细胞生物学问题和研究重大疾病早期诊断与发病机理至关重要。本项目拟在课题组前期工作基础上，发挥表面增强拉曼光谱（SERS）无水干扰、高灵敏且具备分子指纹识别能力等优势，制备和筛选高增强活性和高稳定性的贵金属纳米溶胶颗粒，合成高散射拉曼活性分子和高生物相容性、易于表面改性的纳米封装材料，进而组装新型SERS标记和无标记成像探针，实现活细胞中多个亚细胞结构和分子的同时成像以及亚细胞结构上化学信息的直接获取，为研究细胞生理和病理过程提供一种新型成像手段。

本项目开发出了包括标记和无标记的表面增强拉曼光谱活细胞成像技术，在此基础上，实现了单细胞不同细胞器的原位、活体的三维立体成像。合成了一系列含叁键的拉曼信号分子，建立了基于叁键编码的传感分析原理和多靶向成像技术；更重要的是，首次提出了一种全新的光学信号输出技术，点击SERS；此外，通过目标物诱导来可控调节贵金属纳米粒子的聚集状态，从而改变生物（模拟）体系的光学性质的变化（包括SPR或SERS信号等），藉此来实现一系列生物分子及金属离子等目标物的高选择性和高灵敏检测。其四，设计制备了一系列不同组成、形状和尺寸的贵金属纳米粒子及其复合纳米材料，以其作为SERS增强基底，直接检测有机小分子、生物大分子及微生物细胞。.此外，在国际交流与合作上，项目主持人胡继明教授先后出访德国、波兰、泰国等国家开展国际合作和交流和参加学术会议，并作重要学术报告。在研究生培养上，共计培养博士研究生和硕士研究生29名。受本项目资助，共发表SCI论文23篇，影响因子大于5的SCI论文8篇，其中Journal of the American Chemical Society 1篇，Analytical Chemistry 3篇，ACS Applied Materials & Interfaces 3篇，Chemical Communications1篇。