具有基因载体功能的光开关近红外荧光聚合物纳米材料设计合成与生物成像研究

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项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    51773056
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    58.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    E0309.光电磁功能有机高分子材料
  • 结题年份:
    2021
  • 批准年份:
    2017
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2018-01-01 至2021-12-31

项目摘要

Nowadays, photoswitchable fluorescent materials have gained many attentions, owe to they possess broad applications in super-resolution imaging and biomedicine etc. However, the fluorescence emissions of the most of recent photoswitchable fluorescent materials are focused on the visible light region and they can’t be used as gene vector. How to design and synthesize photoswitchable near-infrared fluorescent polymeric nanomaterials (NIR-PFPN) with outstanding properties and further broaden their functions and application fields is an important research direction at present. By combining the principle of fluorescence resonance energy transfer, and using the near-infrared perylene imide fluorophore as the donor and “core”, the amphiphilic star copolymers containing hydrophobic chains with spirothiopyran units (acceptor) and cationic hydrophilic amino chains (as gene vector) are prepared by using the "core-first approach" method. The relationship between the structure of the star copolymers with the photoswitch performance was systematically analyzed and summarized, which helps the design and optimization of the structure and ratio of donor-acceptor, as well as the number of arms, the component and length of hydrophilic and hydrophobic chain with star copolymers. Thus, a series of NIR-PFPNs with excellent photoswitch fluorescence performance are prepared. After further investigating the plasmid DNA binding capacity with the obtained NIR-PFPNs, and studying their applications in near-infrared fluorescent reversible bioimaging and gene transfection efficiency in vitro, it will provide an important scientific basis for in-depth applications of super-resolution imaging and gene vector etc.
光开关荧光材料在超分辨率成像和生物医学等领域展现出广阔的应用前景而备受关注。然而目前该类材料的荧光发射大多在可见光区,且未具备基因载体功能,设计合成性能突出的光开关近红外荧光聚合物纳米材料(NIR-PFPN),并进一步拓展其功能和应用范围是该领域的重要发展方向。本项目结合荧光共振能量转移原理,以近红外苝酰亚胺荧光团为给体和“核”,采用“先核后臂”法制备含螺噻喃基团(受体)的疏水链段和氨基阳离子亲水链段(作为基因载体)的两亲性星形共聚物。通过对星形共聚物的结构与光开关性能之间的关系进行系统的分析与归纳,并反馈于给体-受体结构及比例和星形共聚物臂数、亲疏水链段组成及长度设计优化,以制备出系列具有突出光开关荧光性能的NIR-PFPN。通过进一步考察其与质粒DNA的结合能力,并研究其在体外细胞中的近红外荧光可逆生物成像和基因转染效率,为其在超分辨率成像和基因载体等领域的深入应用提供重要的科学依据。

结项摘要

以聚合物为基质的光开关荧光纳米材料和荧光纳米传感器在生物成像、光学信息存储与加密、生物传感和疾病诊断与治疗等领域具有非常重要的应用价值而备受关注。本项目以聚合物为主要基质,基于荧光共振能量转移(FRET)等原理,采用RAFT聚合、细乳液聚合和共沉淀等方法构筑了系列新型光开关近红外、多色或多态荧光聚合物纳米材料和系列基于离子、pH、温度或生物活性物质等刺激响应性的新型荧光聚合物纳米传感器。系统深入地探索了聚合物纳米体系中聚合物组成结构、各生色团的配比及浓度与体系荧光信号变化的依赖关系、FRET作用机制与能量转移效率优化等问题,并将它们用于生物成像、基因输送与治疗、光学加密防伪和疾病相关物质检测等领域。本项目所取得的成果为智能响应性荧光纳米材料的设计合成与应用提供了新的思路和科学依据。项目原预期在国内外重要专业期刊上发表论文8-12篇,申请中国专利4-6项;实际发表SCI论文27篇(影响因子大于5的有18篇),国内期刊论文2篇,申请中国发明专利15项(已获授权11项),并获得了2020年湖南省自然科学二等奖1项和培养毕业了8位研究生,在成果方面超出了预期计划。

项目成果

期刊论文数量(28)
专著数量(0)
科研奖励数量(1)
会议论文数量(0)
专利数量(15)
Amplified Split Aptamer Sensor Delivered Using Block Copolymer Nanoparticles for Small Molecule Imaging in Living Cells
使用嵌段共聚物纳米颗粒提供放大的分裂适体传感器,用于活细胞中的小分子成像
  • DOI:
    10.1021/acssensors.8b00670
  • 发表时间:
    2018
  • 期刊:
    ACS Sensors
  • 影响因子:
    8.9
  • 作者:
    Zhang Chong-Hua;Wang Hong;Liu Jin-Wen;Sheng Ying-Ying;Chen Jian;Zhang Peisheng;Jiang Jian-Hui
  • 通讯作者:
    Jiang Jian-Hui
Single-dye-doped fluorescent nanoprobe enables self-referenced ratiometric imaging of hypochlorous acid in lysosomes
单染料掺杂荧光纳米探针可实现溶酶体中次氯酸的自参考比率成像
  • DOI:
    10.1007/978-3-030-21290-2_8
  • 发表时间:
    2020
  • 期刊:
    Sensors and Actuators B: Chemical
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    Ren Junyu;Zhang Peisheng;Liu Hui;Zhang Chonghua;Gao Yong;Cui Jiaxi;Chen Jian
  • 通讯作者:
    Chen Jian
In vivo imaging of hepatocellular nitric oxide using a hepatocyte-targeting fluorescent sensor
使用肝细胞靶向荧光传感器对肝细胞一氧化氮进行体内成像
  • DOI:
    10.1039/c8cc03240h
  • 发表时间:
    2018
  • 期刊:
    Chemical Communications
  • 影响因子:
    4.9
  • 作者:
    Zhang Peisheng;Tian Yong;Liu Hui;Ren Junyu;Wang Hong;Zeng Rongjin;Long Yunfei;Chen Jian
  • 通讯作者:
    Chen Jian
Real-time monitoring of endogenous cysteine levels in living cells using a CD-based ratiometric fluorescent nanoprobe
使用基于 CD 的比率荧光纳米探针实时监测活细胞中的内源半胱氨酸水平
  • DOI:
    10.1007/s00216-018-1091-x
  • 发表时间:
    2018
  • 期刊:
    Analytical and Bioanalytical Chemistry
  • 影响因子:
    4.3
  • 作者:
    Wang Hong;Zhang Peisheng;Tian Yong;Zhang Yuan;Yang Heping;Chen Shu;Zeng Rongjin;Long Yunfei;Chen Jian
  • 通讯作者:
    Chen Jian
Photoswitchable diarylethene-based polyurethane film for photorewritable patterning and stable information storage
用于光可重写图案和稳定信息存储的光切换二芳基乙烯聚氨酯薄膜
  • DOI:
    10.1002/app.47466
  • 发表时间:
    2019
  • 期刊:
    Journal of Applied Polymer Science
  • 影响因子:
    3
  • 作者:
    Yu Maolin;Wang Hong;Li Yuqi;Zhang Peisheng;Chen Shu;Zeng Rongjin;Gao Yong;Chen Jian
  • 通讯作者:
    Chen Jian

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    --
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  • 期刊:
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  • 通讯作者:
    李枢强
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  • 发表时间:
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  • 发表时间:
    2015
  • 期刊:
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  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    吴英卓;陈建;王智娟;周赤;江耀祖
  • 通讯作者:
    江耀祖

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课题项目:调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要:

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题,其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子,其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而,TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用,影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法,探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用,为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义,并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路:

科学问题:TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达?
前期研究:已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应,但其具体机制尚不明确。
研究创新点:本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线:包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术:TRIM2与病毒RNA的相互作用分析,IFN-β启动子活性检测。
实验模型:使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

        graph TD
          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
      
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