济宁医学院 大学生创新创业训练计划管理系统

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纳米复合材料GO-AuNCPs与蛋白质相互作用的机制研究

申报人：韩茹悦 申报日期：2025-03-27

基本情况

2025创新项目
纳米复合材料GO-AuNCPs与蛋白质相互作用的机制研究 学生申报
创新训练项目
理学
化学类
学生来源于教师科研项目选题
二年期
纳米材料的多功能性质在特异性的癌细胞成像和治疗药物中具有独特的优势，为癌症的诊断和治疗方面提供了新的选择.它具有众多独特的特性，如高比表面积、小尺寸效应、可调控的表面化学特性，这使纳米技术在癌症诊疗中的应用研究日益深入。 氧化石墨烯(Graphene oxide, GO)具有比表面积大、良好的水溶性和生物相容性等优点，可降低甚至阻止金纳米颗粒的团聚现象。GO易与金等纳米材料相复合，形成氧化石墨烯-金纳米复合物(GO-Ag nanocomposite, GO-AuNCPs)，这样构建得到的复合材料能够结合几种材料各自的优势，达到更好的肿瘤诊断与治疗的效果。蛋白质是生物体生命活动的基础和生物活性的重要保证。当纳米粒子与蛋白质相互作用时，蛋白质的构象会发生不同程度的变化。 本项目以柠檬酸钠为还原剂，在氧化石墨烯基底上还原氯金酸，原位合成了GO-AuNCPs，采用紫外可见分光光度、透射电子显微镜等对GO-AuNCPs 进行表征。采用多种光谱技术及位点竞争实验，研究了GO-AuNCPs与蛋白质相互作用的机制,得到相应的热力学参数，这些参数为纳米复合材料在医学领域中广泛应用提供理论性参考依据。
2024 年4 月至今，在指导老师实验室学习纳米材料的制备与表征，并探索纳米材料与生物大分子相互作用的机制。项目负责人利用科研成果参加学科竞赛，获山东省复合材料科技创新竞赛一等奖。以第二作者发表SCI 一区TOP 期刊论文1篇，申请专利1篇。
指导教师徐香玉长期从事纳米材料的合成研究，主持山东省自然科学基金项目一项(ZR2017BB015)；山东省高等学校科研计划项目一项(J17KB065)；济宁医学院国家自然科学基金培育基金一项(JYP20418KJ17)；济宁医学院科研扶持基金项目一项(JY2017KJ042)。
① 给出项目方向的指导和建议：指导教师根据我们的研究兴趣和技术背景，提供了多种项目方向和主题的选择，帮助我们确定了研究方向和目标。
② 提供必要的技术支持和指导：指导教师对我们的研究进展进行了详细的分析和评估，给出了有价值的技术建议和指导，帮助我们解决了一些技术难题和困难，包括资料调研、实验设计、平台搭建、数据分析、论文撰写及投稿等。
③ 提供资源和设备支持：指导教师为我们提供了必要的实验室资源和设备支持，包括计算机、软件、实验室空间等等，保证了我们的研究能够顺利进行，同时帮助我们联系到了校外资源（如企业、医院等）
校级

项目成员

序号 学生 所属学院 专业 年级 项目中的分工 成员类型
韩茹悦 临床医学院（附属医院） 临床医学(本科) 2023 开展实验，撰写项目申请书。
徐墨涵 临床医学院（附属医院） 临床医学(本科) 2024 表征氧化石墨烯金纳米复合材料。
孙睿志 临床医学院（附属医院） 临床医学(本科) 2024 氧化石墨烯金纳米复合材料与人血清蛋白相互作用的机制实验。
黄可欣 临床医学院（附属医院） 临床医学(本科) 2024 合成氧化石墨烯金纳米复合材料。
冯钿驭 临床医学院（附属医院） 临床医学(本科) 2024 查阅文献。
冯柯皓 临床医学院（附属医院） 临床医学(本科) 2023 查阅氧化石墨烯金纳米复合材料与血红蛋白相互作用的机制文献。

指导教师

序号 教师姓名 所属学院 是否企业导师 教师类型
徐香玉 基础医学院 否

立项依据

  蛋白质是生物体内具有重要生理功能的大分子，比如，血清白蛋白（SA）丰富的存在于动物和人类的血清中，是构成细胞的基本有机物，对于进入体内的药物小分子的储存、输运、受体部位药理作用的发挥等具有多方面的作用；血红蛋白（Hb）是人体血液中数量最多的细胞，是动物血液和肌肉组织中一种重要的含血红素蛋白质。这种蛋白质具有氧气运输和储存、电子转移和氧化还原催化等多种功能。
  随着纳米科技的深入发展，纳米材料因其独特的小尺寸效应，高比表面积以及优良的理化性质，在生物医学领域展现出强大的潜力。金纳米颗粒（AuNPs）作为一类无机纳米粒子，具有良好的生物相容性、稳定性、 尺寸可调性以及表面易修饰是等特点，在医学、生命科学等领域具有广阔的应用前景。当与抗癌药物一起使用时，AuNPs 可以在治疗癌症中发挥双重作用。然而，AuNPs 易团聚的特性限制了其有效性和稳定性。
  氧化石墨烯（GO）是一种新型的二维碳纳米材料，因其具有独特的结构、高生物相容性和可设计性，可作为AuNPs 的有效载体，能够防止AuNPs 聚集并增强其稳定性和分散性。GO-AuNCPs 结合了氧化石墨烯和金纳米颗粒的优势，既保留了AuNPs 的光学和电子特性，又具备GO的高机械强度和良好生物相容性，可用作高效的药物载体、光热治疗剂和生物传感器。
  由于纳米粒子在纳米医学和纳米毒理学领域的成功运用，更深入地理解这些纳米粒子在生物体液中如何扩散以及如何与蛋白质发生相互作用很有必要。纳米复合物进入人体后与蛋白质等生物大分子之间会发生不同强度的相互作用，且此相互作用是一个动态过程，只有对此过程有清楚的认识，才能更好地使用这种复合材料。
本项目研究目的主要为：
1、 合成一种性质稳定、分散性高的纳米复合材料GO-AuNCPs，并采用多种光谱技术进行表征，明确其物理化学性质。
2、 通过荧光光谱得到GO-AuNCPs 与蛋白质相互作用的热力学数据信息，利用位点竞争实验方法探索GO-AuNCPs 在HSA/Hb 上的结合位点，以便明确纳米复合材料如何与人体中的蛋白质发生相互作用。
3、 纳米复合材料进入人体后与蛋白质结合，并对蛋白质产生未可知的影响。本项目采用同步荧光光谱、圆二色光谱（CD）、三维荧光光谱研究HSA/Hb 与GO-AuNCPs 发生相互作用后构象的变化。
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图1 项目摘要图
  本项目的研究内容主要为合成纳米复合材料GO-AuNCPs，并对其进行了表征。采用紫外-可见吸收光谱、稳态荧光光谱、同步荧光光谱、三维荧光光谱、变温荧光光谱、时间分辨荧光光谱和圆二色光谱等多种光谱技术，系统研究GO-AuNCPs 与HSA/Hb的相互作用，并利用位点竞争结合实验探索了GO-AuNCPs 在HAS/Hb上的结合位点。
1. GO-AuNCPs 的合成与表征
1.1 GO-AuNCPs 的合成
  本实验以普通Hummers法合成的石墨粉为原料制备氧化石墨烯分散液（4.8 mg⋅mL−1），作为合成GO-AuNCPs 的前驱体。制备出0.1 mg⋅mL-1的氧化石墨烯溶液，并进行超声分散。将25 mL 氧化石墨烯溶液置于烧瓶中，加入2.5 mL 1% HAuCl4溶液，在100℃ 下搅拌30 min。随后，快速加入3.0 mL 新鲜配制的1% 柠檬酸钠溶液，再搅拌30 min。反应完成并冷却至室温。沉淀物通过离心（10000转/分，20分钟）收集，用水冲洗几次以去除未反应的物质。最后将沉淀分散到超纯水中，4℃保存。
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图2 GO-AuNCPs 的合成示意图
1.2 GO-AuNCPs 的表征
  合成结束，利用紫外-可见分光光度计（UV-vis）、傅里叶变换红外光谱仪（FT-IR）、拉曼光谱仪（Raman）、透射电子显微镜（TEM）、扫描探针显微镜（SPM）等仪器对其形貌进行表征观。使用粒径分析软件（Nano measurer 1.2）对TEM所得数据进行粒径分析。
  紫外可见吸收光谱和傅里叶变换红外光谱表明，GO-AuNCPs 已被成功合成。
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图3 （A）GO和GO-AuNCPs的紫外-可见光谱，（B）GO和GO-AuNCPs的傅里叶变换红外光谱
2．GO-AuNCPs与人血清蛋白相互作用的研究
  研究利用多光谱方法从分析化学的角度，在分子水平上研究了GO-AuNCPs 与HSA 之间的相互作用。
2.1 紫外可见吸收光谱研究
  研究使用UV-2501PC分光光度计（Shimazdu, Japan）测量紫外-可见吸收（UV-vis）光谱。以超纯水为参比溶液。石英比色皿的光程为1.0 cm。扫描范围为200-900 nm。研究分为空白对照组和实验组。
  实验组加入1ml 8×10−6 mol⋅L−1HSA，在0-9.75×10-9 mol.L-1的浓度范围内以2×10−6 L为一个梯度逐渐加入GO-AuNCPs 溶液，并保证HSA-GO-AuNCPs-H2O溶液体系为3ml，不足的部分以超纯水补齐。
  空白对照组将上述步骤中的GO-AuNCPs 溶液替换为超纯水，HSA的浓度和体积均不变，保证HSA-H2O 体系为3ml。
2.2 稳态荧光光谱研究
  研究使用F-4600荧光分光光度计（Hitachi, Japan）和1.0 cm光程石英池测量荧光光谱。设置激发波长为280nm，并在300 nm至550 nm的范围内记录发射光谱。发射和激发狭缝均设置为5.0 nm。研究分为空白对照组和实验组。
  实验组固定HSA的浓度为3.0×10−6mol⋅L−1，加入1ml HSA，并在0-1.05×10-8mol⋅L−1的浓度范围内以2×10−6 L为一个梯度逐渐增加GO-AuNCPs的浓度进行稳态荧光实验，并保证HSA-GO-AuNCPs-H2O溶液体系为3ml，不足的部分以超纯水补齐。
  空白对照组将上述步骤中的GO-AuNCPs 溶液替换为超纯水，HSA的浓度和体积均不变，保证HSA-H2O 体系为3ml。
  在293.15 K、298.15 K、303.15 K和308.15 K的温度下，依次测量GO-AuNCPs 和HSA混合溶液的荧光强度。
2.3 时间分辨荧光光谱研究
  时间分辨荧光光谱也被用于研究淬灭机制。研究使用一台FLS1000光谱仪（Edinburgh, U.K.）进行测量，该光谱仪将时间相关的单光子计数系统和氢闪光灯作为激发源。激发波长设置为295nm，发射范围为300nm-450nm，使用非线性最小二乘迭代法与爱丁堡尾部拟合软件进行数据分析。
  配置浓度为4.06×10-9 mol.L-1、6.09×10-9 mol.L-1、8.12×10-9 mol.L-1 的三个GO-AuNCPs溶液与HSA 相互作用。
2.4 位点标记研究
  研究使用特异性结合已知位点或结构域的探针进行了竞争性结合实验，探索蛋白质的哪个区域与HSA 表面结合。研究使用F-4600荧光分光光度计（Hitachi, Japan）和1.0 cm光程石英池测量荧光光谱。设置激发波长为280nm，并在300 nm至550 nm的范围内记录发射光谱。发射和激发狭缝均设置为5.0 nm。
  使用不同的位点标记物进行竞争性实验，其中位点I使用保泰松（PB），位点II使用氟芬那酸（FA）。HSA和位点标记物的浓度分别保持在5.0×10-6 mol·L−1和0.3×10-7mol·L−1，然后将GO-AuNCPs逐渐加入HSA -PB和HSA -FA系统中。
2.5 同步荧光光谱分研究
  本实验根据同步荧光光谱同时扫描激发和发射单色器来提供发色团分子周围分子微环境的信息。使用RF-5301PC（Shimazdu, Japan）荧光分光光度计测量GO-AuNCPs和HSA 混合溶液的同步荧光光谱。激发和发射狭缝均设置为10 nm，扫描速度为：slow，间隔：0.2nm。Δλ=60 nm时，检测色氨酸（Trp），此时λex=240 nm，λem=300 nm-400 nm；Δλ=15 nm时，检测酪氨酸（Tyr），此时λex=265 nm，λem=280 nm-340 nm。
  固定HSA的浓度为2.0×10-5 mol⋅L-1，在0-9.72×10-10 mol.L-1的浓度范围内逐渐加入GO-AuNCPs 溶液。
2.6 圆二色性（CD）光谱研究
  研究使用配备有0.1cm光程石英池的JASCO-810光谱仪，在不同浓度GO-AuNCPs下进行HSA的构象研究。CD光谱在200 nm至260 nm的范围内扫描，HSA的浓度保持在4.00×10-6 mol⋅L−1，GO-AuNCPs的浓度分别为0.00，4.06×10-9，8.12×10-9 mol·L-1。
2.7 三维（3D）荧光光谱研究
  研究三维荧光光谱，将激发波长设定在200 nm-350 nm之间，发射波长范围为200 nm-500 nm。激发狭缝为2.5 nm，发射狭缝为10 nm，HSA和GO-AuNCPs的终浓度分别为3.0×10-6 mol⋅L−1和9.75×10-9mol⋅L−1。
3．GO-AuNCPs与血红蛋白相互作用的研究
3.1 紫外可见吸收光谱研究
  研究使用UV-2501PC分光光度计（Shimazdu, Japan）测量紫外-可见吸收（UV-vis）光谱。以超纯水为参比溶液。石英比色皿的光程为1.0 cm。扫描范围为200-900 nm。研究分为空白对照组和实验组。
  实验组加入1ml 8×10−6 mol⋅L−1 Hb，在0-9.75×10-9 mol.L-1的浓度范围内以2×10−6 L为一个梯度逐渐加入GO-AuNCPs 溶液，并保证Hb-GO-AuNCPs-H2O溶液体系为3ml，不足的部分以超纯水补齐。
  空白对照组将上述步骤中的GO-AuNCPs 溶液替换为超纯水，Hb的浓度和体积均不变，保证Hb-H2O 体系为3ml。
3.2 稳态荧光光谱研究
  研究使用F-4600荧光分光光度计（Hitachi, Japan）和1.0 cm光程石英池测量荧光光谱。设置激发波长为280nm，并在300 nm至550 nm的范围内记录发射光谱。发射和激发狭缝均设置为5.0 nm。研究分为空白对照组和实验组。
  实验组固定Hb的浓度为3.0×10−6mol⋅L−1，加入1ml Hb，并在0-1.05×10-8mol⋅L−1的浓度范围内以2×10−6 L为一个梯度逐渐增加GO-AuNCPs的浓度进行稳态荧光实验，并保证Hb-GO-AuNCPs-H2O溶液体系为3ml，不足的部分以超纯水补齐。
  空白对照组将上述步骤中的GO-AuNCPs 溶液替换为超纯水，Hb的浓度和体积均不变，保证Hb-H2O 体系为3ml。
  在293.15 K、298.15 K、303.15 K和308.15 K的温度下，依次测量GO-AuNCPs 和Hb混合溶液的荧光强度。
3.3 同步荧光光谱分研究
  本实验根据同步荧光光谱同时扫描激发和发射单色器来提供发色团分子周围分子微环境的信息。使用RF-5301PC（Shimazdu, Japan）荧光分光光度计测量GO-AuNCPs和Hb混合溶液的同步荧光光谱。激发和发射狭缝均设置为10 nm，扫描速度为：slow，间隔：0.2nm。Δλ=60 nm时，检测色氨酸（Trp），此时λex=240 nm，λem=300 nm-400 nm；Δλ=15 nm时，检测酪氨酸（Tyr），此时λex=265 nm，λem=280 nm-340 nm。
  固定Hb的浓度为2.0×10-5 mol⋅L-1，在0-9.72×10-10 mol.L-1的浓度范围内逐渐加入GO-AuNCPs 溶液。 
  纳米医学是生物医学研究的一个前沿领域，在各种疾病的诊断[1-3]和治疗[4-6]以及抗菌[7-9]应用方面显示出巨大的潜力。纳米粒子具有体积小、表面积大、局部表面等离子体共振（LSPR）效应等独特的物理化学性质，已成为生物医学领域的理想材料。
  Merkoci [10]等人使用纳米颗粒检测癌症生物标志物和癌症细胞。基于纳米粒子的癌症诊断正成为传统技术的一种越来越相关的替代方案。与传统方法相比，在生物标志物检测或癌症细胞检测中使用基于纳米颗粒的传感器提供了一些优势，他们所开发的技术在癌症诊断的护理点中成本低，而且易于整合到用户友好的传感平台中。Minko [11]等人研究分析了用于成像和治疗的不同纳米粒子的设计和合成的各种方法，探究了纳米粒子尺寸、形状、表面电荷、组成、表面功能化、主动靶向等因素对成像和治疗效果的影响和纳米粒子的细胞毒性和遗传毒性。
  其中，贵金属族中的金纳米颗粒(Au nanoparticles, AuNPs) 除了具有独特的光学、光热特性外，它本身特有的抗菌、抗病毒和抗癌活性赋予其还具有治疗特性。 Stochaj [12]等人研究了不同尺寸、形态和表面性质的AuNPs对癌症细胞的杀伤作用，并总结了AuNPs 依赖性癌症治疗的未来方向。Gao [13]等人使用豆科植物引发AuNPs 的聚集，以增强化疗药物在脑肿瘤中的保留，他们进一步展示了AuNPs-A&C 在光学成像应用中的应用并提供了一种增加纳米颗粒肿瘤积聚的策略，有可能改善治疗结果。除对癌症细胞的杀伤作用，AuNPs 对促进牙组织再生也有重要作用。Xiao [14]等人成功制备了L/D-半胱氨酸锚定的AuNP（L/D-Cys-AuNP），研究了手性修饰的AuNPs对人牙周膜细胞（hPDLCs）成骨分化和自噬以及牙周组织再生的影响。这证明了L-Cys-AuNPs 在牙周再生方面的巨大潜力，并为手性修饰的生物活性纳米材料提供了新的见解。
  氧化石墨烯-金纳米复合材料（GO-AuNCPs）是将GO 与AuNPs 结合而成的，融合了两种成分的优点，并表现出卓越的整体性能。GO-AuNPs 不仅保留了AuNPs 特有的光学和电子特性，而且具有GO 的高机械强度和良好的生物相容性[15]。这种纳米复合材料在生物医学领域有着广泛的应用，如高效的药物载体、光热治疗剂。研究GO-AuNCPs与生物大分子（如蛋白质）的相互作用，对于新型纳米药物及其应用的开发至关重要。纳米颗粒（NPs）在进入机体后不可避免地与血液中的蛋白质相互作用，这种结合过程可以形成纳米颗粒蛋白晕，这将赋予纳米颗粒新的生物学身份[16]。蛋白质电晕是生命系统中纳米粒子自发收集的生物分子。Chen [17] 等人研究了蛋白质电晕的物理化学特征，探究了在不影响纳米药物诊断和治疗人类疾病的功效的情况下如何“与蛋白质共存”并利用蛋白质电晕。蛋白质在纳米颗粒上的吸附可以改变纳米颗粒的各种物理化学性质，如大小、表面电荷、表面组成和功能[18]。
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图4 纳米材料和蛋白质相互作用示意图
参考文献
1. Ding, J., et al., pH Programmed Optical Sensor Arrays for Cancer Plasma Straightforward Discrimination Based on Protein-Responsive Patterns. Anal Chem, 2022. 94(36): p. 12546-12551.
2. Wang, H., et al., Machine Learning-Assisted Pattern Recognition of Amyloid Beta Aggregates with Fluorescent Conjugated Polymers and Graphite Oxide Electrostatic Complexes. Anal Chem, 2022. 94(6): p. 2757-2763.
3. Xiao, F., et al., Loop-mediated isothermal amplification coupled with nanoparticle-based lateral flow biosensor for monkeypox virus detection. Talanta, 2024. 269: p. 125502.
4. Yin, Y., et al., Tumor-activated in situ synthesis of single-atom catalysts for O(2)-independent photodynamic therapy based on water-splitting. Nat Commun, 2024. 15(1): p. 2954.
5. Li, S., et al., Brazilin-Ce nanoparticles attenuate inflammation by de/anti-phosphorylation of IKKβ. Biomaterials, 2024. 305: p. 122466.
6. Zhao, Q., et al., Dual Active Centers Linked by a Reversible Electron Station as a Multifunctional Nanozyme to Induce Synergetically Enhanced Cascade Catalysis for Tumor-Specific Therapy. J Am Chem Soc, 2023. 145(23): p. 12586-12600.
7. Sadeghi, S., et al., Gold nanoparticle conjugation enhances berberine's antibacterial activity against methicillin-resistant Staphylococcus aureus (MRSA). Talanta, 2024. 268(Pt 1): p. 125358.
8. Wang, C., et al., Flexible free-standing antibacterial nanoporous Ag ribbon. J Colloid Interface Sci, 2023. 645: p. 287-296.
9. Zhai, X., et al., A nano-composite hyaluronic acid-based hydrogel efficiently antibacterial and scavenges ROS for promoting infected diabetic wound healing. Carbohydr Polym, 2024. 334: p. 122064.
10. Perfézou, M., A. Turner, and A. Merkoçi, Cancer detection using nanoparticle-based sensors. Chem Soc Rev, 2012. 41(7): p. 2606-22.
11. Savla, R. and T. Minko, Nanoparticle design considerations for molecular imaging of apoptosis: Diagnostic, prognostic, and therapeutic value. Adv Drug Deliv Rev, 2017. 113: p. 122-140.
12. Kodiha, M., et al., Off to the organelles - killing cancer cells with targeted gold nanoparticles. Theranostics, 2015. 5(4): p. 357-70.
13. Ruan, S., et al., Increased Gold Nanoparticle Retention in Brain Tumors by in Situ Enzyme-Induced Aggregation. ACS Nano, 2016. 10(11): p. 10086-10098.
14. Zhang, S., et al., l-cysteine-modified chiral gold nanoparticles promote periodontal tissue regeneration. Bioact Mater, 2021. 6(10): p. 3288-3299.
15. Kalkal, A., R. Pradhan, and G. Packirisamy, Gold nanoparticles modified reduced graphene oxide nanosheets based dual-quencher for highly sensitive detection of carcinoembryonic antigen. Int J Biol Macromol, 2023. 242(Pt 4): p. 125157.
16. Lu, D., et al., Chemical multi-fingerprinting of exogenous ultrafine particles in human serum and pleural effusion. Nat Commun, 2020. 11(1): p. 2567.
17. Ren, J., et al., Chemical and Biophysical Signatures of the Protein Corona in Nanomedicine. J Am Chem Soc, 2022. 144(21): p. 9184-9205.
18. Marques, C., et al., Understanding protein-nanoparticle interactions leading to protein corona formation: In vitro - in vivo correlation study. Int J Biol Macromol, 2024. 256(Pt 1): p. 128339. 
① 利用多光谱法探索GO-AuNCPs 材料的合成以及及表征。

② 本项目将先进的纳米材料合成技术与光谱学方法相结合，探讨GO-AuNCPs 与HSA的作用，从而对纳米材料进入生命体后的运动状态进行热力学研究。 

1、技术路线
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图5 技术路线图
2、拟解决的问题
① 研究GO-AuNCPs 与HSA和Hb的结合模式。
② 研究纳米粒子在生物体液中如何扩散以及如何与蛋白质发生相互作用。
3、预期成果
成果的具体形式是在国内外有重要影响的核心期刊上发表学术论文1篇。
利用成果参与大学生科技竞赛，获省级以上奖项。 
1. 2024.04~2024.12:
① 文献检索，完成实验室准备工作，购买试剂以及所需的耗材。
② 合成制备GO-AuNCPs 材料，并不断优化制备工艺。
③ 利用UV-Vis、FT-IR、TEM、Raman、SPM等方法对材料进行表征。
④ 学习使用Nano Measurer 1.2 软件，计算GO-AuNCPs 的粒径。
2. 2025.01~2025.06:
① 利用多光谱法探究GO-AuNCPs 与HSA 的相互作用模式。
② 利用多光谱法和位点竞争实验探究HSA 构象的变化。
3.2025.07~2025.12:
① 利用多光谱法探究GO-AuNCPs与Hb 的相互作用模式。
② 利用多光谱法和位点竞争实验探究Hb 构象的变化。
③ 比较HSA 和Hb 相互作用模式的差异和构象差异。
4. 2026.01~2026.06:
① 整理实验数据，并补充相关实验。
② 完成以上研究计划，进行工作总结，撰写论文。  
1.与本项目有关的研究积累和已取得的成绩
① 研究积累
  本项目涉及到的研究思路、方法和技术，申请人在前期研究中均已熟练掌握并成功实践，相关研究工作具有较好的基础。具体内容如下：
  通过双还原法合成了不同尺寸和形状（球形和三角形）的银纳米颗粒，并对其进行了表征，系统的研究了还原剂用量的不同对纳米材料形状、尺寸的影响。并研究了球形纳米银与人血清白蛋白(HSA) 的结合反应。由荧光实验还可获得纳米银与HSA 相互作用的结合常数、结合位点数以及吉布斯自由能变，由这些热力学数据可知纳米银与HSA 可以自发结合，并形成缔合物。部分研究结果见图6。
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图6 球形/三角形纳米银扫描电子显微镜和尺寸图
  我们在前期的工作中已经研究了tAgNPs 与HSA之间的相互作用，研究结果表明银纳米颗粒与蛋白质之间有着明显的结合，形成了复合物，且相互作用前后银纳米颗粒的形貌和尺寸也发生了相应的变化，相关研究结果发表在Journal of Molecular Liquids (2016, 220: 14-20)。研究了不同尺寸的三角形银纳米颗粒(tAgNPs) 与BSA 的相互作用，实验结果表明纳米颗粒的大小会影响结合程度，相关研究发表在Analytical and bioanalytical chemistry (2017, 409(22): 5327-5336)。部分研究结果见图7。同时，为了完成好本项目工作，课题组前期已开展了三角形纳米银颗粒(tAgNPs) 对人卵巢癌SKOV3 细胞的毒性作用、增殖以及细胞凋亡影响的预研究工作，在遏制促增殖及促进细胞凋亡方面得到了肯定性的初步结果（见图8）。
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图7 (A) tAgNPs的TEM图；(B) tAgNPs与HSA 相互作用后TEM图
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图8 三角形纳米银作用于卵巢癌SKOV3 细胞后，流式细胞仪检测结果图
  我们合成了石墨烯-银纳米复合物(rGO-Ag)，对其进行了紫外-可见吸收光谱、XRD、TEM 等相应表征；通过紫外可见吸收、荧光光谱和圆二色谱进行研究了其与小牛胸腺单链DNA (ssDNA) 的结合反应，结果表明rGO-AgNCPs 可以引起 ssDNA 的荧光猝灭，且猝灭过程主要是由于复合物的形成引起的，相关结果发表在IET Nanobiotechnology (2020, 14(4): 308-313)。此外，还研究了rGO-Ag与人血清白蛋白(HSA)，牛血清白蛋白(BSA) 的相互作用，由实验可知蛋白质可以吸附在纳米复合物表面形成“蛋白晕”，由变温荧光实验得到了结合过程的平衡常数、吉布斯自由能变、熵变、焓变等热力学参数，相关研究结果发表在Journal of Nanomaterials (2019(40): 1-7)。部分研究结果见图9。
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图9 (A) 空白HSA的SPM 图；(B) rGO-Ag和HSA相互作用后的SPM图
  采用化学还原法合成制备氧化石墨烯-金纳米复合物(GO-AuNCPs)，对其进行相关表征，并采用光谱法研究了其与鲑鱼精单链DNA 的相互作用，结果表明GO-AuNCPs 可以引起 ssDNA 的荧光猝灭，且猝灭过程主要是由于复合物的形成引起的。部分研究结果见图10。
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图10 GO-AuNCPs 与鲑鱼精单链DNA相互作用后的SPM图
② 已取得的成绩
  指导教师徐香玉副教授长期从事纳米材料和生物大分子的微量热学和光谱学研究，并取得了一系列创新性成就，研究成果受到国内外同行关注，在国内外化学类等期刊发表文章23 篇，被SCI 收录13 篇，其中以第一作者在SCI 期刊上发表论文11 篇，累计影响因子约为35。指导教师徐香玉副教授指导学生结题国家级大学生创新创业训练计划项目1 项，校级大学生科研项目1 项；指导学生参加山东省大学生生物科技创新创业大赛，并获得三等奖；指导学生参加第八届全国大学生生命科学竞赛获二等奖一项，三等奖一项。指导学生参加山东省大学生创客大赛获得二等奖;指导学生参加山东省大学生复合材料科技创新竞赛，并获得一等奖。
团队近年来的部分研究成果如下：
1. Xiangyu Xu, Wenbo Li, Kai Chen, Jinlin Zhang, Linqing Yang, Zhongyu Du, XuyanMao, MinLiu, YunfeiWang. Probing binding processes of HSA adsorbed on rGO-AgNCs surfaces using multispectroscopic techniques. The Journal of Chemical Thermodynamics, Volume 173, October 2022, 106848. https://doi.org/10.1016/j.jct.2022.106848 (IF 3.178)
2. Xi Li, Linqing Yang, Yunfei Wang, Zhongyu Du, Xuyan Mao, Dezhi Sun, Jun Liu, Yu Zhou, Xiangyu Xu*. Studies on binding of single-stranded DNA with reduced graphene oxide-silver nanocomposites. IET Nanobiotechnology, 2020, 14 (4), 308-313. Pub Date:2020-06-01, DOI: 10.1049/iet-nbt.2019.0377 (IF 1.847)
3. Xiangyu Xu*, Zhongyu Du, Yunfei Wang, Xuyan Mao, Liang Jiang, Jie Yang, Shifeng Hou. Electrochemical properties of a 2D-molybdenum disulfide–modified electrode and its application in SO2 detection. Journal of Electroanalytical Chemistry 2018, 815, 220-224. (IF 3.012)
4. Xiangyu Xu*, Hongshuo Pan, Wenbo Li, Jiayi Xu, Xinyun Chen, Chuanqi Zheng, Jia Peng, Xuyan Mao, Min Liu, Hui Yan, Hao Wang. Binding of single/double stranded ct-DNA with graphene oxide silver nanocomposites in vitro: A multispectroscopic approach. Int J Biol Macromol. 2024 Aug;275(Pt 2):133715. doi: 10.1016/j.ijbiomac.2024.133715. Epub 2024 Jul 6. PMID: 38977048.
5. Hongshuo Pan , Xinjie Wu , Ruyue Han , Shuhao He , Nianhe Li , Hui Yan , Xinyun Chen , Ziyu Zhu , Zhongyu Du , Hao Wang , Xiangyu Xu*. Nanoparticle-protein interactions: Spectroscopic probing of the adsorption of serum albumin to graphene oxide gold nanocomplexes surfaces. Int J Biol Macromol. 2025 Jan;284(Pt 1):138126. doi: 10.1016/j.ijbiomac.2024.138126. Epub 2024 Nov 26. PMID: 39608527.
6. 专利2 项：
授权专利号：ZL201910902216.X
申请专利号：202411447737.8
① 实验室及学校公共科研平台内具有本研究所涉及的GO-AuNCPs 的制备与表征所需的设备，如紫外-可见分光光度计、荧光分光光度计、透射电子显微镜、傅里叶红外变换光谱仪和扫描电子显微镜等仪器设备均能得到保障。学校缺乏X 射线衍射仪等表征仪器，可以利用合作院校的仪器进行表征。
② 指导教师徐香玉副教授作为热化学专业硕士、质谱分析专业博士，任职以来长期从事纳米材料与生物大分子的微量热学与光谱学研究，与北京师范大学、聊城大学等多个在热化学和纳米材料研究领域有特色的实验室建立了良好的合作关系，为本项目的实施提供了实验技术条件上的补充。 

经费预算

开支科目 预算经费（元） 主要用途 阶段下达经费计划（元）
前半阶段 后半阶段
预算经费总额 20000.00 材料的合成与表征 12000.00 8000.00
1. 业务费 14000.00 样品的表征测试等 9000.00 5000.00
（1）计算、分析、测试费 8000.00 样品表征 6000.00 2000.00
（2）能源动力费 0.00 五 0.00 0.00
（3）会议、差旅费 3000.00 参加竞赛 3000.00 0.00
（4）文献检索费 0.00 无 0.00 0.00
（5）论文出版费 3000.00 论文版面费 0.00 3000.00
2. 仪器设备购置费 0.00 无 0.00 0.00
3. 实验装置试制费 0.00 无 0.00 0.00
4. 材料费 6000.00 购买试剂 3000.00 3000.00
结束

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