论文部分内容阅读
MXenes是一类新型的二维纳米材料,由过渡金属碳化物、氮化物或者碳氮化合物组成。它们具有Mn+1Xn（n=1-3）的通式,其中M是前过渡金属（例如Sc,Ti,Zr,Hf,V,Nb,Ta,Cr,Mo）,X是碳或氮。自2011年成功制备以来,MXenes被广泛应用于物理、能源、环境科学和纳米医学等各个领域,其中碳化钛（Ti3C2）MXenes由于其独特的物理、化学以及光学特性,在超级电容器、电池、净水和生物医学领域显示出广阔的应用前景。值得注意的是,超薄的Ti3C2MXenes在400-1200 nm光谱范围内显示出强而有力的吸收,同时具有优异的光热转换效率,结合其优秀的生物相容性以及生物可降解性,Ti3C2MXenes在生物传感领域具有巨大潜力。本文通过对Ti3C2MXenes进行功能化改性,将其应用于生物传感,具体内容如下:（1）Ti3C2MXenes的制备与功能化。以Ti3Al C2MAX粉末为原料,通过Li F和HCl（9 M）混合溶液一步刻蚀以及超声剥离制备得到薄层的Ti3C2MXenes,用聚丙烯酸（PAA）对其进行表面功能化得到Ti3C2-PAA,这使得其生物相容性得到极大提升,同时Ti3C2-PAA表现出优秀的光热转换能力,为后续将其用于生物传感奠定基础。（2）功能化Ti3C2MXenes负载熵驱动RNA探针（EDRE）用于活细胞中长链非编码RNA（lnc RNA）PCA3的成像。在工作内容1的基础上,我们通过EDC/NHS偶联反应在Ti3C2-PAA表面逐层修饰胱胺和TAT多肽,成功制备Ti3C2-TAT载体,进而通过静电相互作用负载EDRE,实现探针Ti3C2-TAT@EDRE的成功构建。体外EDRE检测PCA3具有非常高的灵敏度和特异性,检测限达到2.6 p M。我们进一步将Ti3C2-TAT@EDRE用于成像活细胞核中的lnc RNA PCA3。当材料进入细胞后,细胞质中的GSH引发Ti3C2-TAT中的二硫键裂解,释放的EDRE通过TAT多肽的核靶向功能递送到细胞核中,并通过目标物lnc RNA PCA3与EDRE反应实现荧光信号的恢复及放大。该方法实现了低浓度下lnc RNA PCA3的体外荧光分析以及雄激素受体阳性LNCa P前列腺癌细胞核中lnc RNA PCA3的活细胞成像,同时推动了功能化的Ti3C2MXenes在生物传感及生物医学领域更深层次的潜在应用。（3）功能化Ti3C2MXenes负载近红外光照触发的EDRE（NEDRE）用于肿瘤的检测和杀伤。在工作内容1、2的基础上,我们通过EDC/NHS偶联反应将Ti3C2-PAA与信号报告单元（SR）共价连接得到Ti3C2-SR,随后对其进行PEI功能化使材料表面带上正电荷,既增强了材料与细胞结合能力又可以通过静电相互作用将燃料链P5吸附在材料表面,成功构建探针Ti3C2-NEDRE。NEDRE体外检测mi RNA-21显示出极高的灵敏度和特异性。我们进一步将Ti3C2-NEDRE探针用于活细胞中mi RNA-21的成像。当材料进入细胞后,通过近红外光照使得材料表面温度升高,NEDRE中P4发生解链,在mi RNA-21存在的情况下触发链替换反应实现荧光恢复及放大。该方法实现了mi RNA-21的超灵敏检测以及活细胞中mi RNA-21的时空可控的细胞成像,并对肿瘤细胞进行光热杀伤,同时结合近红外光优异的穿透能力,该方法在活体的肿瘤治疗方面具有很好的应用潜力。