纳米生物传感器对癌细胞的示踪定位与治疗

1. 量子点荧光探针对肿瘤细胞的示踪定位及其临床研究

       量子点是一种由数十上百个原子组成的半导体发光纳米颗粒，具备传统荧光素所不具备的优点（如抗光漂白，光谱适用性、稳定性及生物相容性俱佳），量子点结合靶向抗体对癌细胞转移的示踪和定位为彻底治疗癌症提供了必要的前提和保证。如CK19属于上皮细胞的特异性标志抗体，起源于上皮组织的肿瘤发生时，该肿瘤细胞依然保留这种标记特性，如由于淋巴细胞不表达CK19，因此利用链接有量子点的CK19抗体对CK19抗原的特异性可实现对表达CK19癌细胞的特异性标记，在临床常用于对淋巴结中肿瘤微小转移的鉴定。量子点荧光标记对肿瘤病灶的精确定位显像及对癌细胞转移路径的示踪，有助于医师对肿瘤的精准治疗：防止过度治疗，避免对机体造成不必要的损伤；防止治疗不足导致的癌细胞残留。

2. 纳米金属特殊构型探针的光热效应及其对肿瘤细胞的靶向治疗

       热疗法是一种传统的治疗肿瘤的有效工具，往往使用微波加热到42至47℃使包含肿瘤的机体蛋白变性而杀灭之，因此并未做到仅对肿瘤细胞实行定向加热，这往往对正常机体也造成损伤。而近年来涌现的靶向光热疗法是一种将具有特异性的纳米金属输送到病灶部位、利用特种构型金属将吸收的光能转化为热能，进而产生局部高温来杀死癌细胞的靶向治疗方式。金属纳米材料的靶向疗法是一种具有非介入性、针对性的光热治疗手段，能够减轻癌症患者的痛苦，为彻底治疗癌症带来了福音。

3.具有荧光示踪—光热治疗的双功能探针的制备及其在临床医学中的研究

       基于量子点的荧光生物显像和纳米金属的光热疗法，集“示踪定位”与“光热治疗”两种功能为一体的复合型探针应运而生。我们认为，由于癌细胞是在不断迁徙的，诊断、治疗两个环节的相互脱节，不利于实时监控与杀灭之，而这种复合型探针的应用将可使诊断-治疗两个过程融为一体，有望为改善现有的肿瘤治疗模式提供帮助。迄今为止，靶向定位指的是诊断中的荧光定位与磁性定位；而靶向治疗则是光热疗法、磁热疗法与药物缓释疗法。

图8. 具有荧光定位与光热治疗的双功能探针。左图中1区是单功能量子点探针标记，2、3区是光热-荧光双功能探针标记，

显示了等离激元荧光增强效应。右图为3种双功能探针：(a)纳米笼@SiO2/量子点QDs,(b)纳米花@SiO2/QDs,(c)纳米星@SiO2/QDs

4.具有超顺磁—荧光示踪的双功能探针的制备及其应用研究

       四氧化三铁具有粒径小、超顺磁性、磁热效应以及良好的生物兼容性；磁性材料的磁热疗法是指磁性粒子在交变磁场中，由于尼尔弛豫和布朗弛豫导致局域温度升高从而杀死癌细胞。荧光量子点具有寿命长、高亮度、光稳定性好等特点。基于磁性粒子和荧光量子优异的特性和功能，将超顺磁性氧化铁纳米粒子和荧光量子点耦联，合成具有超顺磁—荧光示踪的双功能探针。

5. 具备光热治疗与荧光、磁性标记的三功能纳米医用探针

图12. 具备光热治疗与荧光、磁性标记的三功能纳米探针。图中内壳是包覆在SiO2球上的金壳，

它的光热效应和荧光增强不及金纳米星（花）；五角星是荧光染料或量子点，Y是抗体。

图13. 具备高效光热治疗和荧光-磁性靶向定位的Au-star/Fe3O4@SiO2@QDs三功能医用探针。纳米金星具有两个不同吸收峰，可分别产生荧光和光热增强效应。磁性粒子与纳米星的“双面人”对接还可对核磁共振信号产生增强作用。

6. 光电化学生物（PECB）传感器

       本实验室目前还将致力于把二维材料与太阳能电池与水解氢、以及光电化学生物研究（PECB）方面相结合，以期开发出超灵敏的光电生物传感器（我室光电化学工作站光电信号的测量精度可达1纳安，可测试微量干细胞的光电信号），下面是一个基于碳纤维网格-ZnO纳米花-荧光量子点-通过石墨烯量子点与杂交链式反应放大的纳米金组装的介孔二氧化硅得到用于超灵敏表达细胞表面N多聚糖的PEC生物传感器示意图：

图14.用于超灵敏表达细胞表面N多聚糖的PECB传感器。GQDs@Con-A是伴刀豆球蛋白接在石墨烯量子点上,可对细胞上N多聚糖进行表达。

H2O2溶液在光照下分解，分别对金和石墨烯提供一个电子，如果N多聚糖较多，则电流增大（敏感度为10-9安培）。

图15. 一种链接捕获DNA（蓝色锯齿）的二维金三角电信号增强阵列。可通过生物基团（深蓝锯齿）自动链接拉曼信号增强球，

用以表达靶向捕获的目标DNA（红色锯齿）。其检测精度可达飞摩尔量级（10-15mol）。