金属离子对金纳米团簇荧光响应性研究开题报告

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1. 研究目的与意义（文献综述）

医学影像技术是当今生物医学中精准诊疗的重要工具，它的发展反映着临床医学的进步，x射线的发现和计算机x射线断层技术（ct）以及核磁共振技术（mr）的发明，极大加快了在临床医学中对疾病的诊断速度，上述影像技术可无创地实现体内病变组织的观察，为生物医学的研究及临床实践带来了全新性变革。但尽管如此，目前的医学影像技术看到的大多是病变的结果，以肿瘤为例，目前临床可实现的肿瘤检出在1厘米大小左右，恶性程度高的肿瘤往往已发生转移。因此，人们最希望看到的是在早期发现病变，也就是分子细胞水平的病变，只有这样才能充分了解病情，制定最佳治疗方案，并实现治愈的目的。

荧光成像技术是继核磁成像和ct扫描成像之后的第三代活体成像技术，该技术无痛、无创、无光损，荧光成像技术的检测灵敏度非常高，能够实现分子细胞水平成像，是疾病精准诊疗最具前景的方法之一，对于癌症、阿兹海默病、帕金森病和二型糖尿病等重大疾病的诊断具有重要意义。目前制约其临床应用的关键是缺少合适的荧光探针材料，因此发展近红外荧光探针材料成为亟待解决的重大挑战。尤其以发展水溶性与生物相容性良好、量子产率高的长波段近红外荧光探针成为当前的研究热点。

以荧光显微镜为工具的光学荧光成像技术已经成为用于研究活细胞和离体组织样品中分子事件的最重要的实时成像技术之一，荧光成像技术利用其成像特点已经逐渐用于指导手术过程的实施^[1-2]，有关光学荧光成像的报道包括量子点、镧系元素掺杂上转换纳米粒子、有机染料、荧光蛋白质、聚集诱导发光发光素等等。由于光的衰减和散射以及内源性物质（例如细胞色素、血红蛋白和水分子）的自发荧光引起的干扰，可见光区（400~650nm）的荧光发射在体内成像应用中用途有限。近红外荧光i区（650~900nm）发射具有低的背景组织吸收，更深的穿透深度，更适合用于体内临床前和临床成像研究^[3-6]。一些代表性的用于多模成像的近红外染料中，吲哚箐绿（icg）是美国食品药监管理局批准的唯一用于临床使用的近红外染料^[7-8]，另一种nir染料irdye800cw已进入临床试验^[9]。另外，在近红外ii区（1000~1700nm）的荧光发射,由于其更深的组织穿透力、更高的图像对比度以及较低的光毒性和光漂白，更适合用于体内成像研究^[10]。近红外ii区成像的化学试剂包括量子点、稀土掺杂材料、掺杂镍的磁性纳米晶体和单层碳纳米管等。

由几个到几百个金属原子构成的贵金属纳米团簇，由于其独特的光学和电学性质而引起人们的广泛关注，特别是金纳米团簇，由于他们优异的光学性质而被人们广泛研究。金纳米团簇通常使用硫醇作为配体，并且已经开发了在溶液相和固相中的各种方案用于他们的合成。像dna、树状大分子以及近年的蛋白质大分子等大分子模板均已经被用于此类纳米团簇的合成，最常使用的蛋白质是牛血清蛋白、溶酶菌、乳铁蛋白、人血清蛋白等。金纳米团簇的核直径通常小于2nm，存在非常优异的光学、电学、磁学和催化特性^[11]，并且其量子产率较高，由于其简单的合成步骤和易于用不同的的官能团修饰的特性，金团簇被认为是生物标记、体内和体外成像以及各种传感应用的主要候选者。由于具有较低的金属含量和生物源配体，因此金团簇具有较好的生物相容性。另外由于其具有较小的尺寸、良好的生物相容性、较好的选择性和灵敏性、较强的荧光和较低的毒性，金团簇在探测金属离子和小分子方面有着非常好的应用前景。

2. 研究的基本内容与方案

实验过程：（1）采用半胱氨酸-精氨酸（cr）作为配体制备粒径小于3nm的水溶性的cr-auncs（2）通过细胞实验研究cr-auncs的细胞毒性（3）研究不同浓度、不同种类的金属离子对cr-auncs的近红外荧光、粒径以及各金属离子价态的影响。

结果表征：在制备好cr-auncs后，采用紫外-可见（uv-vis）吸收光谱、傅里叶红外光谱（ft-ir）、紫外-可见-近红外荧光光谱表征cr-auncs的光学性质；采用高分辨透射电子显微镜（hr-tem）和动态光散射（dls）表征cr-auncs的结构和粒径。采用紫外-可见-近红外荧光光谱研究各种金属离子对cr-auncs 的近红外荧光的影响；采用动态光散射（dls）研究各种金属离子对cr-auncs 的粒径影响；采用x射线光电子能谱分析金和各金属离子元素价态，判断反应机理。

2.2 研究目标

3. 研究计划与安排

第1-3周：查阅相关文献资料，完成英文翻译。明确研究内容，了解研究所需原料、仪器和设备。确定技术方案，完成开题报告。

第4-8周：制备水溶性cr-auncs,采用紫外-可见（uv-vis）吸收光谱、傅里叶红外光谱（ft-ir）、紫外-可见-近红外荧光光谱表征cr-auncs的光学性质；采用高分辨透射电子显微镜（hr-tem）和动态光散射（dls）表征cr-auncs的结构和粒径；通过细胞实验研究cr-auncs的细胞毒性。

第9-12周：采用紫外-可见-近红外荧光光谱研究各种金属离子对cr-auncs 的近红外荧光的影响；采用动态光散射（dls）研究各种金属离子对cr-auncs 的粒径影响；采用x射线光电子能谱分析金和各金属离子元素价态，判断反应机理。

4. 参考文献（12篇以上）

1. jianhong zhao, junwei chen, shengnan ma,qianqian liu,lixian huang, xiani chen, kaiyan lou, wei wang. recentdevelopments in multimodality fluorescence imaging probes.acta pharmaceuticasinica b 2018;8(3):320-338.

2. gious s,choi hs,frangioni jv.image-guided surgey using invisiblenear infrared light: fundamentals of clinical translation. mol imaging2010;9(5)237-55

3. ntziachristos v, bremer c, weissleder r. fluorescence imaging with near-infraredlight: new technological advances that enable in vivomolecular imaging. eurradiol 2003;13:195-208.

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