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目的:通过使用DNA作为介质,构建由上转换纳米颗粒(Upconversion nanoparticles,UCNPs)和量子点(Quantum dots,QDs)组成的异质纳米组装体。该复合纳米结构同时具有UCNPs独特的光学特性(如近红外(NIR)激发光转换为短波长发光)和QDs的强荧光特性,为双模式成像奠定了良好的基础。此外,由于DNA的可编程性和生物相容性,它可以设计为特异识别核仁素(肿瘤细胞膜表面过表达)的适配体(aptamer),从而实现肿瘤细胞的靶向成像。方法:以DNA为模板合成量子点后,通过量子点表面上暴露的DNA和镧系金属离子之间的强配位相互作用,将QDs和UCNPs二者成功组装成一个异质纳米结构。使用透射电子显微镜(Transmission electron microscope,TEM)、高角环形暗场扫描透射电子像-能量色散X射线光谱仪(High-angle annular dark-field scanning transmission electron microscopy-energy dispersive X-ray spectroscopy(HAADF-STEM-EDS)elemental mapping)、紫外可见分光光度计(Ultraviolet-visible spectrophotometer)、荧光分光光度计(Fluorescence spectrophotometer)、超快寿命分光光度计(Ultra-fast lifetime spectrofluorometer)、纳米粒度和Zeta电位分析仪(Zetasizer Nano ZS)等表征手段进行形貌学、光学、粒度和Zeta电位等方面的表征。用特异性识别肿瘤细胞膜表面过表达的核仁素的DNA适配体替换未功能化修饰的DNA,然后通过流式细胞仪(Flow cytometer)和共聚焦激光扫描显微镜(Confocal laser scanning microscopy,CLSM)研究异质纳米结构的特异性生物识别能力,为癌细胞靶向双模态成像提供科学依据。结果:以DNA为模板成功合成了碲化镉(CdTe)量子点,粒径为3 nm左右,具有窄而对称的荧光发射峰,其最大发射波长为548.6 nm,并具有宽吸收峰。以传统的溶剂热法合成了粒径均一(40 nm左右)、形貌规整的上转换纳米颗粒(UCNPs)。组装形成的DNAQD/UCNPs),通过透射电镜观察发现上转换纳米颗粒表面均匀地包覆了一层量子点壳,与水合粒径测试结果一致(纯上转换纳米颗粒的水合粒径为106.3 nm,而纳米复合体为128.7 nm);同时,Zeta电位测试结果也进一步证明形成异质纳米结构,纯上转换纳米颗粒的电位为+28.23 mV,而异质纳米结构由于带负电DNA的存在变为-13.93mV。此外,经采集荧光光谱和紫外-可见光吸收光谱后发现该组装体既具有上转换纳米粒子的近红外激发发光特性,展现出掺杂元素Tm位于360、450以及475 nm处的发射峰;又具有碲化镉量子点的强荧光性质,位于548.6 nm处的窄发射峰,为双模式成像奠定了良好的实践基础。此外,通过引入DNA适配体AS1411,探索了功能化异质纳米结构(AptQD/UCNPs)的生物应用,即对癌细胞进行靶向双模式成像。激光共聚焦成像结果显示组装物处理的MDA-MB231细胞既表现出来自UCNPs的强上转换发光,也表现出来自QDs的绿色荧光信号。两种成像信号的良好重叠证实了细胞对该纳米复合体的摄取。相比之下,对照DNA修饰的复合纳米结构(Rdm-QD/UCNPs)成像结果则显示出较弱的MDA-MB231细胞内化能力,证实了适配体序列的靶向作用。流式分析进一步定量地证明,Apt-QD/UCNPs处理后细胞内荧光强度明显高于Rdm-QD/UCNPs处理后的细胞(1.25倍)。结论:本文设计了一种简单而通用的方法,通过DNA介导的QDs和UCNPs组装来控制合成多功能异质纳米结构。该复合体同时具有两种组装元件的发光性质,为生物体多模式成像提供了机会。此外,使用DNA适配体介导组装,该适配体可特异性地识别在肿瘤细胞膜表面上过表达的核仁素,使得形成的异质纳米结构成功实现靶向癌细胞和双模式生物成像的目的。