项目名称：量子点标记技术研究病毒侵染过程及宿主应答首席科学家：庞代文武汉大学起止年限：2011.1至2015.8依托部门：教育部湖北省科技厅二、预期目标总体目标面向国家在纳米生物医学领域的战略需求，针对病毒学研究前沿和热点问题，拟通过本项目（“量子点标记技术研究病毒侵染过程及宿主应答”）的实施，发展基于具有重要应用前景纳米材料（量子点）的检测技术，在系列化的普适性生物医学量子点、单病毒颗粒示踪及侵染机制等研究方面，取得具有自主知识产权、领先于国际同类研究的创新性成果。五年预期目标1.可控合成适用于活细胞/活体示踪研究的小粒径、近红外、多功能等量子点系列标记材料。2.建立普适性的活病毒标记方法和组装技术。3.实现病毒侵染活细胞过程的高分辨、高灵敏、多维动态示踪与诠释。4.认识宿主对量子点标记病毒的应答规律。5.发表SCI论文50篇，申请专利8项。6.培养研究生50名，国家杰出青年基金获得者、新世纪百千万人才工程国家级人选、中科院百人计划、教育部新世纪人才等优秀人才3名。三、研究方案1．学术思路本项目组汇聚纳米科学、化学、生物学、物理学等多学科人才，针对纳米科技在生物医学领域应用的瓶颈—“纳米-生物”界面控制（通过材料“结构-性能控制”来体现），充分发挥学科集成与交叉优势，解决量子点这一具有重要应用前景的纳米材料在不断变化的复杂生物环境中应用的关键问题，“高保真”地获取生物/化学信息。聚焦病毒感染宿主的早期关键过程－“侵染”，实现病毒侵染活细胞过程中关键分子事件（如病毒跨膜、囊泡输运、核酸释放）的动态示踪，揭示病毒侵染的“时-空”规律。从“时-空耦合”调控纳米材料合成新策略、纳米粒子可控表面修饰及纳米组装新技术出发，建立一套包括化学合成、仿生合成、活细胞合成在内的系列量子点可控合成新方法；提供可用于生物医学研究的近红外、小粒径、多功能等系列荧光量子点标记材料；基于宿主细胞膜磷脂“自然嵌合”、活细胞合成量子点及病毒自复制过程，发展普适性的活病毒标记技术及活细胞内病毒和量子点的组装技术；实现活细胞内病毒感染早期事件-“侵染”过程的实时动态示踪研究，同时也研究量子点标记病毒引发的宿主应答行为和规律，为研制生物相容性更好的量子点系列标记材料、优化量子点标记病毒及量子点-病毒组装策略、科学评价量子点标记病毒侵染过程提供依据。加强纳米科学与生物学的交叉与融合，为利用纳米材料和技术认识和解决涉及生物体内“时间”和“空间”“动态”变化的复杂生物学问题提供借鉴，提高我国纳米生物学和纳米医学的研究水平。2．技术途径（1）面向细胞与活体示踪的量子点系列纳米标记材料采用化学合成、仿生合成和活细胞合成，制备性能可控的系列新型量子点纳米材料；在合成过程中控制表面配体或合成后进行化学修饰，调控所制备的量子点系列纳米材料界面结构，提高性能；通过化学键合、生物亲合等途径实现量子点与生物功能分子间的可控偶联，调控量子点系列纳米材料表面生物功能分子的种类和数量，使其具有良好的生物相容性；采用纳米异质杂合、有机衍生、层层组装等方法，制备兼具光、磁等多种功能的量子点复合纳米材料。（2）基于量子点的活病毒标记及病毒组装利用宿主细胞膜磷脂交换及病毒自复制时从宿主细胞膜获取带磷脂的囊膜这一现象实现囊膜病毒的标记，利用磷脂衍生物实现病毒囊膜功能化（生物素化或炔基化），然后通过生物素－链霉亲和素相互作用、或者炔基与叠氮基间的“Clickchemistry”实现量子点对活病毒的标记。利用杆状病毒展示系统，在杆状病毒囊膜蛋白gp64上融合表达一个15个氨基酸的APtag短肽，将其展示在囊膜蛋白gp64上，进一步在BirA酶、ATP的作用下，实现APtag的生物素化，利用亲和素与生物素的强特异性结合作用，实现量子点对杆状病毒定点标记。通过病毒衣壳蛋白和骨架蛋白的体外自组装技术，构建多功能、多标记的量子点等杂合荧光病毒样颗粒，用于动态示踪病毒侵染过程中层层脱壳的病毒离解行为，探索其相关行为机制。结合在细胞生理条件下量子点合成技术，构建转染表达病毒衣壳系统，利用病毒的体内组装实施活细胞内病毒组装包装量子点，建立活细胞内...