表面态闪烁调控硅量子点探针外泌体检测的单分子偶极定位超分辨光学成像

As an emerging class of biomarkers for precision medicine, exosomes have recently been shown to play critical roles in many biological processes and are highly related in many diseases, such as cancers and Alzheimer’s disease, hence have attracted intense interests recently. Probing single exosomes is important, as it allows biological heterogeneity to be studied and rare events detected. This project combines super-resolution optical microscopy and silicon surface nanotechnology to confront the challenges in single exosome detection. Silicon quantum dots (SiQDs) with surface state mediated blinking (SSMB) will be used as probes for single molecule localization microscopy (SMLM) for high throughput detection of many single exosomes. Dipole point spread function (PSF) will be used for improved localization precision, and non-photobleaching, aptamer functionalized silicon quantum dots coupled with SSMB surface ligands will be used for massively parallel detection of single exosomes.

本项目融合亚衍射极限显微和纳米硅表面自组装技术，提出并实现基于表面态闪烁调控（Surface State Mediated Blinking, SSMB）硅量子点探针高通量外泌体检测的单分子偶极定位超分辨光学成像。项目利用胶体硅量子点探针无毒、抗光漂白等特点，采用表面态闪烁调控手段，在单颗粒水平以高精度调控硅量子点的频谱特征，将其发展成一种单分子超分辨成像探针；以核酸适配体修饰硅量子点，对外泌体表面抗原进行靶向识别；建立偶极子点扩散函数超分辨重建算法，对硅量子点探针进行精确定位，以阵列式方式对大量单个外泌体进行远场超分辨光学成像，实现检测稀有异常单体（如癌变外泌体）的目标。本项目突破高通量单外泌体探测的科学瓶颈，开创了一种单外泌体光学探测的新方法，实现复杂环境下检测单外泌体异常行为的超敏生物传感。

发展出新型发光材料及光电传感技术，对于医学诊断、能源与环境、信息科学等领域有重要意义。如何降低胶体纳米晶体光响应波长、发展出适合临床应用的智能光电传感技术是亟待解决的关键问题。本项目利用交叉学科研究手段，顺利完成全部任务目标，取得了较丰富的研究成果。首次合成紫外铝系量子点，设计制造了离心式液滴微流控装置，发展了小型化高分辨光学成像系统并开发了配套操作软件，初步实现了结合“探针-机械-光学-软件”的智能化系统。负责人以本项目为第一标注，通讯作者已发表SCI论文10篇，其中影响因子大于10的论文2篇，影响因子5-10的论文4篇，一区论文3篇，TOP论文5篇，封面论文4篇。成果发表在Small，Nano Res，Anal Chem，Journal of Physical Chemistry C，Langmuir等期刊上。申请专利十余项，其中PCT国际专利1项，一项成果进入临床转化。由于项目的顺利实施，负责人入选Nano Res青年编委，主持PIERS国际会议，获聘为浙江大学附属医院兼职教授。人才培养方面，本项目培养博士后1人，博士生2人，硕士生3人，1人获得国家奖学金。

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