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球形纳米铂的合成及其与小牛胸腺DNA相互作用机制的研究

申报人：宋文静 申报日期：2026-03-12

基本情况

2026创新项目
球形纳米铂的合成及其与小牛胸腺DNA相互作用机制的研究 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
铂纳米材料因其优异的催化活性、导电性和生物相容性，在生物传感、肿瘤治疗、基因递送等生物医学领域具有广阔应用前景，然而铂纳米颗粒与DNA的相互作用机制尚不明确，限制了其在纳米生物医学领域的精准应用与安全性评估。小牛胸腺DNA作为国际公认的标准化模型底物，为系统研究纳米材料与核酸的相互作用提供了理想平台。为此，本项目采用柠檬酸钠-硼氢化钠协同还原法合成粒径均匀的球形铂纳米颗粒，通过紫外光谱、红外光谱、透射电镜和X射线衍射对材料进行全面表征，并综合运用稳态荧光光谱、变温荧光光谱、分子对接模拟及位点竞争实验等多种技术手段，系统研究铂纳米颗粒与单链及双链小牛胸腺DNA的相互作用机制，包括猝灭类型、结合常数、热力学参数、作用力类型、结合位点及DNA构象变化，同时采用CCK-8法评估其对骨髓间充质干细胞及人脐静脉内皮细胞的毒性以验证生物相容性。本项目旨在阐明铂纳米颗粒与DNA的相互作用模式及热力学特征，揭示疏水作用与配位协同的主导机制，并验证材料的低细胞毒性，研究成果将为铂纳米材料在生物传感构建及纳米安全性评估等领域的应用提供理论基础和实验依据。
项目负责人自加入实验室以来，长期参与纳米材料与生物大分子相互作用机制探索研究，曾获第十二届山东省大学生医药生物技术技能大赛省级二等奖；第十届全国大学生生命科学竞赛（2025，创新创业类）省级三等奖；参与发表SCI 1区TOP 期刊论文一篇，影响因子8.2。
指导教师徐香玉副教授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；山东省高等学校科研计划项目一项；济宁医学院国家自然科学基金培育基金一项；济宁医学院科研扶持基金项目一项；校级教学改革项目一项；以第一或通讯作者在国内外专业学术期刊上发表论文20余篇，其中SCI 期刊收录18篇，单篇影响因子最高为14.3；申请国家发明专利三项，其中获批一项。
本项目指导教师徐香玉副教授在该领域积累了丰富的研究经验和扎实的理论基础，在项目申报、组织实施、结题验收等方面具有丰富经验和较强的科研创新能力。
在实验条件方面，指导教师所在实验室拥有紫外-可见分光光度计、荧光分光光度计、扫描探针显微镜、傅里叶变换红外光谱仪等大型仪器设备，能够满足本项目纳米材料合成、结构表征和光谱研究的实验需求。同时，该课题组还可以为本项目的顺利开展提供充分的物资保障。
在技术指导方面，指导教师将全程参与项目的实施，定期组织课题组讨论会，及时解决学生在材料合成、光谱实验、数据分析、分子模拟等环节遇到的技术难题。指导教师将充分发挥其热力学专业背景优势，重点指导学生对荧光猝灭数据的热力学分析，确保研究结论的科学性和可靠性。
省级

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
宋文静 临床医学院（附属医院） 临床医学(本科) 2024 项目总体策划
池卓臻 临床医学院（附属医院） 临床医学（圣地卓越医师班） 2023 紫外光谱实验
陈俊宇 临床医学院（附属医院） 临床医学（圣地卓越医师班） 2025 数据整理撰文
韩茹悦 临床医学院（附属医院） 临床医学(本科) 2023 荧光光谱实验
李禹佳 临床医学院（附属医院） 临床医学(本科) 2025 表征测试分析
刘昊 医学影像与检验学院 医学影像学（本科） 2024 纳米材料合成

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

本项目旨在利用柠檬酸钠-硼氢化钠协同还原法制备粒径均匀、分散性良好的球形铂纳米颗粒(PtNPs)，并通过紫外可见吸收光谱(UV-Vis)、稳态荧光光谱、圆二色谱(CD)等多种光谱技术结合分子对接模拟，系统研究铂纳米颗粒与小牛胸腺单链及双链DNA的相互作用机制，明确二者的结合模式、猝灭类型、热力学参数、主要作用力类型及结合位点，比较铂纳米颗粒与不同构象DNA结合亲和力的差异，揭示相互作用对DNA二级结构的影响规律。
同时，采用CCK-8法评估铂纳米颗粒对骨髓间充质干细胞(BMSCs)和人脐静脉内皮细胞(HUVECs)的细胞毒性，验证其生物相容性（项目摘要图见图1）。通过上述研究，为铂纳米材料在基因递送、生物传感、药物载体等生物医学领域的应用提供理论基础和实验依据。
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图1 项目摘要图
1. 球形PtNPs的合成及表征
① 采用柠檬酸钠-硼氢化钠协同还原法合成球形PtNPs。将六水合氯铂酸溶液加入沸腾去离子水中，依次分步加入柠檬酸钠/柠檬酸混合溶液及新鲜配制的硼氢化钠/柠檬酸钠/柠檬酸混合还原液，通过控制还原剂用量和加入速度实现PtNPs形貌可控的制备。反应持续十分钟后自然冷却，获得粒径均匀、分散性良好的球形PtNPs胶体溶液。具体合成过程如图2所示。
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图2 球形PtNPs的合成过程示意图
② 利用紫外-可见吸收光谱(UV-Vis)分析其光学性质及分散性；傅里叶变换红外光谱(FT-IR)表征表面官能团；透射电子显微镜(TEM)观察形貌并统计粒径分布；X射线衍射(XRD)分析晶体结构与晶粒尺寸。通过对铂纳米颗粒特征峰吸收、尺寸大小、表面形貌等性质进行表征，明确其结构性质。
2. PtNPs的生物相容性检测
采用CCK-8法检测铂纳米颗粒对骨髓间充质干细胞及人脐静脉内皮细胞存活率的影响。将CCK-8试剂与细胞培养基按比例混合，与细胞共孵育后测定450 nm波长处的吸光度，评估材料的细胞毒性，明确安全使用浓度范围。
3. PtNPs与ss/ds-ctDNA相互作用的热力学性质的研究
① 为深入探究铂纳米颗粒与核酸相互作用的分子机制，分别选取ss/ds-ctDNA作为生物大分子模型，采用等温滴定微量热技术测定不同温度下PtNPs与ss/ds-ctDNA在水溶液中结合过程的热力学参数（结合常数K、结合位点数n、焓变ΔH、熵变ΔS及吉布斯自由能变ΔG）。通过比较两种构象DNA的热力学数据差异，分析PtNPs尺寸及形状等因素对结合过程的影响规律阐明DNA二级结构对结合亲和力的影响规律，建立热力学参数与纳米颗粒表面性质、DNA构象之间的关联。
② 综合等温滴定微量热法、结合Stern-Volmer方程及Hill方程的变温荧光光谱法以及分子对接模拟计算得到的结合常数和热力学参数，比较不同技术手段所得结果的异同与互补性。根据焓变与熵变的符号及相对大小，判断PtNPs与ss/ds-ctDNA相互作用的主要驱动力类型，总结DNA二级结构差异、温度等因素对热力学行为的影响规律，为铂纳米材料在基因载体及生物传感领域的应用提供理论依据。
③ 为阐明PtNPs对ss/ds-ctDNA的亲和力差异，结合Stern-Volmer方程、Hill方程和van't Hoff方程，对变温荧光光谱数据进行拟合，获得PtNPs与ss/ds-ctDNA竞争结合的表观常数及热力学参数，据此判断PtNPs优先结合单链DNA的倾向性，并将热力学数据与紫外光谱、荧光猝灭及圆二色谱得到的结构信息进行关联，阐明PtNPs与不同构象DNA相互作用的机理。
4. PtNPs与ss/ds-ctDNA相互作用的微观结构变化与分子机制
① 采用扫描隧道显微镜(SPM)观察PtNPs与ss/ds-ctDNA结合前后样品表面的形貌变化，分析纳米颗粒在DNA链上的分布状态、高度轮廓及复合物的聚集形态。结合FT-IR中DNA特征官能团，如磷酸骨架、碱基的振动峰位移与强度变化，从分子水平判断PtNPs与DNA结合后对局部化学环境的影响。
② 分别以DAPI和Hoechst 33342为小沟特异性荧光探针，构建ss/ds-ctDNA-探针复合体系。在固定DNA和探针浓度条件下梯度加入PtNPs，测定各体系荧光强度的变化。通过比较PtNPs置换两种探针的能力，判断PtNPs是否竞争性结合DNA的小沟区域，明确其与DAPI和Hoechst 33342的结合位点重叠关系，从而揭示相互作用的分子机制。
③ 综合紫外光谱、红外光谱、荧光光谱、扫描探针显微镜及位点竞争实验等多种方法的结果，结合热力学参数，总结PtNPs与DNA结合前后表面官能团振动、形貌高度及结合位点的变化特征，综合分析和诠释PtNPs与ss/ds-ctDNA相互作用的规律。将以自发吸热、疏水作用主导的宏观热力学行为与以小沟竞争、静电/氢键协同的微观作用模式进行关联，确定相互作用机理，为铂纳米材料在基因递送和生物传感领域的应用提供理论指导。
1. 纳米医学与铂基纳米材料概述
纳米医学是生物医学研究的一个前沿领域，在各种疾病的诊断和治疗以及抗菌应用方面显示出巨大的潜力[1,2]。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。其中，铂基纳米材料因其优异的催化活性、良好的生物相容性和独特的电子性质，在DNA相互作用研究及抗肿瘤治疗领域受到广泛关注（见图3）。
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图3 铂纳米酶与蛋白质相互作用示意图[1]
2. 铂纳米材料的制备与表征研究进展
在铂纳米材料的制备与表征研究方面，Lu 等人系统研究了新型铂基纳米酶的制备与催化机理，通过将PtNPs限域在金属有机骨架材料(MOFs)中，获得具有优异活性的Pt@MOFs纳米酶，并基于密度泛函理论分析了纳米酶催化活性提升的原因[3]。Wang 等人在柔性热电器件研究中，以碳布纤维作为导电基底，在电化学系统中合成出铂纳米粒子，通过改变直流电的输出功率可稳定调控纳米粒子的大小和密度，为铂纳米材料的可控制备提供了新思路[4]，如图4所示。Xue 等人采用透射电镜、XRD、XPS等手段证实了AgPt合金纳米颗粒中形成了Ag-Pt合金结构，其模拟过氧化物酶活性研究正是利用了铂基材料优异的催化性能[5]。
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图4 基于Pt@CP的免疫分析法检测尿液细胞外囊泡的示意图[4]
3. 小牛胸腺DNA作为模型底物的相互作用研究
小牛胸腺DNA常作为标准底物用于DNA-纳米材料相互作用、酶学分析等生物化学研究。其中，Jia 等人通过多模态研究方法，结合光谱学、热力学和计算机模拟技术，系统研究了达科替尼与小牛胸腺DNA的结合相互作用，为铂类药物与DNA相互作用研究提供了方法论参考[6]。Marques 等人研究结果表明二者以沟槽作用方式形成了复合物，基本没有破坏DNA完整的双螺旋结构，氢键为其主要作用力。该研究为理解铂类配合物与DNA的沟槽结合模式提供了重要参考[7]。Triviño Rojas 等通过研究Cu(II)和Ni(II)配合物与小牛胸腺DNA的相互作用，得出电子吸收和粘度测量表明夹层是最可能的结合方式，这些化合物促进了氧化DNA切割[8]。Saravanan 等合成并表征了两种Salen型配体及其对应的二氧钼(VI)配合物，DNA相互作用研究显示配体和复合物表现出高致色效应，表明其优先结合DNA双螺旋沟槽[9]。Shahabadi 等利用光谱技术研究了一种荧光水溶性Zn(II)配合物与小牛胸腺DNA之间的结合，荧光竞争研究表明该配合物可以替代DNA结合的Hoechst并结合ct-DNA中的小沟结合位点，分子对接模拟确认其位于ct-DNA的次沟中[10]。
4. 铂类药物的DNA损伤机制与抗肿瘤应用
研究铂类药物的DNA损伤机制可有效应用于抗肿瘤药物研发，铂类化疗药物的心脏毒性机制研究表明，尽管顺铂和奥沙利铂在全球范围内被广泛使用，其作用机制尚未完全阐明。最新研究表明，顺铂通过DNA损伤反应(DDR)诱导细胞死亡，而奥沙利铂则采用基于核仁应激的细胞死亡途径[11]。Pigg 等进一步揭示了独特的Pt(II)诱导核仁应激反应及其偏离DNA损伤反应途径的现象（见图5），为理解铂类药物的多样化作用机制提供了新视角[12]。
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图5 核磁共振波谱研究Pt和Atoxl的细胞内药物传递和相互作用[12]
在卵巢癌治疗领域，Yang 等人研究了洛铂腹腔灌注联合多西他赛对晚期卵巢癌患者血清HMGA2及外周血循环肿瘤细胞(CTC)的影响，显示铂类药物可有效调控肿瘤细胞DNA修复过程[13]。Zhang 等人系统梳理了中心体蛋白2(CETN2)在核苷酸切除修复(NER)通路中的核心作用，该通路是清除铂类药物导致的DNA交联损伤的关键机制，CETN2可能通过稳定NER损伤识别复合物增强DNA损伤修复效率，从而赋予卵巢在基因毒性压力下优势生存[14]。
Ruan 等人研究了波棱瓜子乙醇提取物抑制DNA同源重组修复增敏顺铂诱导三阴性乳腺癌细胞凋亡的作用，结果表明联合处理能进一步降低乳腺癌细胞的存活率，增加其DNA双链断裂数量，升高凋亡率[15]。该研究揭示了通过调控DNA损伤修复通路可增强铂类药物的抗肿瘤效果，如图6所示。
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图6 顺铂的作用机制[15]
5. 双金属铂基纳米材料在生物传感器中的应用
双金属铂基纳米材料因其独特的高电化学活性与极高的灵敏度，常应用于生物传感器研发。Xiao 等人系统综述了双金属金-铂(AuPt)纳米酶在食品安全监测中的应用，指出AuPt纳米酶在催化性能上优于单金属及其他基于金的双金属杂交酶，这是由于其比色、催化、几何和集合等协同特性。该综述涵盖了种子介导生长和不同还原剂的单锅合成方法，以及比色法、电化学和多模态传感等检测模式[16]。Kalkal 等人研究了金属有机框架/埃洛石纳米复合材料在生物医学中的应用，制备了HNTs@ZIF-8用于抗肿瘤治疗，为铂基纳米材料的载体设计提供了新思路[17]。Zhai 等人设计了以锌、镁为代表的金属基刺激响应纳米平台，虽然主要关注ZnO纳米材料，但其构建的具有双重响应性能的纳米体系为铂基纳米材料的设计提供了重要参考，特别是在深层组织相关疾病治疗中的智能治疗系统构建方面[18]。
目前，铂纳米颗粒与DNA相互作用的系统研究仍较为薄弱，尤其是在单链与双链DNA结合差异、热力学驱动机制及结合位点等方面缺乏深入探讨。基于此，本项目拟采用多光谱法、等温滴定量热及分子对接模拟等手段，系统阐明PtNPs与不同构象DNA的结合模式与热力学规律，并评估其生物相容性，为铂纳米材料在基因递送、生物传感及纳米安全评估等领域的应用提供理论依据。
参考文献
1. Xu, X.Y., et al., Investigation of the Interaction between Platinum Nanozymes and Serum Albumin by Multispectroscopic Approach and Molecular Docking Simulation. ACS Applied Materials & Interfaces, 2026. 18(5): p. 8670-8684.
2. Xu, X.Y., et al., Binding of single/double stranded ct-DNA with graphene oxide-silver nanocomposites in vitro: A multispectroscopic approach. International Journal of Biological Macromolecules, 2024. 275.
3. Lu J, Li C, Zhang E, et al. Novel Vertical Flow Immunoassay with Au@PtNZs for Rapid, Ultrasensitive, and On-Site Diagnosis of Human Brucellosis. ACS Omega, 2023. 8(32):29534-29542.
4. Wang, C., et al., Flexible free-standing antibacterial nanoporous Ag ribbon. J Colloid Interface Sci, 2023. 645: p. 287-296.
5. Perfézou, M., A. Turner, and A. Merkoçi, Cancer detection using nanoparticle-based sensors. Chem Soc Rev, 2012. 41(7): p. 2606-22.
6. Jia J, Zhu W, Du X, et al. Robust Synthesis of GO-PtNPs Nanocomposites: A Highly Selective Colorimetric Sensor for Mercury Ion (II) Detection. ACS Omega, 2023. 8:46292-46299.
7. 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.
8. Triviño-Rojas, M.K., et al., Antibacterial Activities and Calf Thymus DNA-Bovine Serum Albumin Interactions of Tridentate NNO Hydrazone Schiff Base-Metal Complexes. Inorganics, 2025. 13(7).
9. Saravanan, T., et al., Explorations on Antioxidant, Enzyme Inhibitory, and Calf Thymus DNA Interaction Studies of Dioxomolybdenum(VI) Organo Complexes. Chemistry & Biodiversity, 2025. 22(8).
10. Shahabadi, N., et al., Interaction studies of water-soluble Zn(II) complex with calf thymus DNA using biophysical and molecular docking methods. Nucleosides Nucleotides & Nucleic Acids, 2024. 43(6): p. 493-516.
11. Rachma, B., M. Savitri, and H. Sutanto, Cardiotoxicity in platinum-based chemotherapy: Mechanisms, manifestations, and management. Cancer Pathogenesis and Therapy, 2025. 3(2): p. 101-108.
12. Pigg, H.C., et al., The unique Pt(II)-induced nucleolar stress response and its deviation from DNA damage response pathways. Journal of Biological Chemistry, 2024. 300(11).
13. Yang, G., et al., Platinum Nanoparticles Loaded Graphitic Carbon Nitride Nanosheets with Enhanced Peroxidase-like Activity for H2O2 and Oxidase-Based Sensing. Molecules, 2023. 28(9).
14. Zhang, S., et al., L-cysteine-modified chiral gold nanoparticles promote periodontal tissue regeneration. Bioact Mater, 2021. 6(10): p. 3288-3299.
15. 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.
16. Xiao, F., et al., Loop-mediated isothermal amplification coupled with nanoparticle-based lateral flow biosensor for monkeypox virus detection. Talanta, 2024. 269: p. 125502.
17. 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.
18. Zhai, X., et al., A nano-composite hyaluronic acid-based hydrogel that is antibacterial and scavenges ROS for promoting infected diabetic wound healing. Carbohydr Polym, 2024. 334: p. 122064.
1. 项目创新点
(1) 首次系统比较铂纳米颗粒与单链及双链小牛胸腺DNA的结合行为，发现单链DNA因结构松散、结合能力更强，并综合运用荧光光谱、分子对接模拟等多种技术，从猝灭类型、热力学参数到结合位点对相互作用进行完整解析。
(2) 将机制研究与细胞毒性评价相结合，验证铂纳米颗粒在特定浓度范围内对骨髓间充质干细胞和人脐静脉内皮细胞无明显毒性，为其生物医学应用提供了安全性依据。
(3) 铂纳米颗粒具有类过氧化物酶活性，其催化特性为后续在生物传感、纳米酶催化及抗氧化治疗等领域的应用提供了功能基础。
2. 项目特色
(1) 选用国际公认的小牛胸腺DNA为模型底物，结构稳定、易获取，保证了结果的可比性与可重复性。
(2) 从材料合成、结构表征、光谱分析、热力学计算到分子模拟，形成完整研究思路，系统阐明了铂纳米颗粒与DNA的相互作用机制。
(3) 揭示单双链DNA结合差异，即单链DNA因结构松散结合更强，双链结合较弱。该差异的应用价值明确，利用铂纳米颗粒对单链的高亲和力，可实现基因靶向捕获与可控释放；可设计构象响应型探针，用于DNA序列或结构变化的灵敏检测。
1. 技术路线
本研究首先采用化学还原法制备球形铂纳米颗粒，以小牛胸腺单链及双链DNA为模型底物，综合运用多光谱法和分子模拟技术系统研究二者之间的相互作用。在多光谱法方面，通过紫外-可见吸收光谱和稳态荧光光谱分析结合程度，利用时间分辨荧光光谱和变温荧光光谱探究结合机制，借助同步荧光光谱和三维荧光光谱监测构象变化，结合位点竞争实验与计算机模拟技术确定结合位点。通过上述研究，获得铂纳米颗粒与单双链DNA相互作用的热力学结合模式、结合常数、猝灭机制、主要驱动力及结合位点等参数，揭示铂纳米颗粒与不同构象DNA的结合亲和力差异，如图7所示。
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图7 技术路线图
2. 拟解决问题
围绕上述技术路线，本研究拟解决以下关键问题：
(1) 探究铂纳米颗粒与小牛胸腺单链及双链DNA的结合模式、猝灭机制、热力学参数和主要驱动力，明确不同构象DNA与铂纳米颗粒结合亲和力的差异。
(2) 揭示铂纳米颗粒结合后DNA构象的变化规律，通过圆二色谱和位点竞争实验，阐明二者相互作用对DNA二级结构的影响以及具体的结合位点。
(3) 评估铂纳米颗粒的生物相容性，明确其在何种浓度范围内对正常细胞无明显毒性，为铂纳米材料在生物医学领域的应用提供安全性依据。
3. 预期成果
基于上述研究，本项目预期取得以下成果：
(1) 获得一系列形貌、尺寸可控且生物相容性良好的铂纳米材料，明确其关键理化性质。
(2) 系统阐明铂纳米材料与小牛胸腺DNA（单链/双链）相互作用的分子机制，包括结合模式、热力学驱动力的定量描述。
(3) 基于上述实验结果，为铂纳米材料在生物医药、药物递送等生物医学领域的应用提供坚实的理论与实验基础。
(4) 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. 第一阶段：文献调研与材料合成（2026年7月-2026年12月）
广泛查阅国内外关于铂纳米材料合成及其与生物大分子相互作用的研究文献，掌握相关领域研究动态，完善实验方案。
开展铂纳米颗粒的合成工艺探索，采用柠檬酸钠-硼氢化钠协同还原法，优化反应条件，制备粒径均匀、分散性良好的球形铂纳米颗粒。利用紫外可见吸收光谱、傅里叶变换红外光谱对初步合成产物进行表征，确定最佳合成方案，建立稳定可靠的合成方法。
2. 第二阶段：材料结构表征（2027年1月-2027年6月）
对合成的铂纳米颗粒进行全面结构表征，包括：紫外-可见吸收光谱分析其光学性质及分散性，傅里叶变换红外光谱确认表面官能团，透射电子显微镜观察形貌和分散状态，X射线衍射分析晶体结构和晶粒尺寸。获得材料的形貌、粒径、晶型、表面性质等关键理化参数，为后续相互作用研究提供质量可靠的材料。
3. 第三阶段：铂纳米颗粒与DNA相互作用的光谱研究（2027年7月-2027年12月）
以小牛胸腺单链DNA和双链DNA为模型底物，开展系统地相互作用研究。采用稳态荧光光谱测定不同温度下的荧光猝灭数据，分析猝灭机制并计算Stern-Volmer猝灭常数；通过变温荧光实验计算结合常数、结合位点数和热力学参数(ΔH、ΔG、ΔS)，明确主要作用力类型；利用位点竞争实验探究结合区域；采用圆二色谱监测DNA二级结构的构象变化。完成单链和双链DNA与铂纳米颗粒相互作用的对比研究。
4. 第四阶段：数据分析与论文撰写（2028年1月-2028年6月）
系统整理所有实验数据，进行统计分析，绘制图表，撰写研究论文。完成学术论文的初稿，根据指导老师意见进行修改完善。同时，整理实验记录、图片等材料，为项目结题做准备。
1.1 相关实验数据的处理与分析
通过纳米铂与小牛胸腺DNA结合体系的紫外吸收及荧光响应强度变化数据，同时整合纳米铂的红外光谱(FT-IR)、X射线衍射(XRD)、透射电子显微镜(TEM)表征数据与生物相容性实验数据，开展数据分析，部分研究结果见图8。
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图8 (A) PtNPs的FT-IR光谱 (B) PtNPs的XRD光谱
结合FT-IR，由图8A可知在4000-500 cm-1波数范围内的FT-IR特征峰源，该特征峰源所代表的官能团均源于柠檬酸钠介导的合成过程；由图8B可以观察到的衍射峰分别对应铂的晶面，表明铂为面心立方(fcc)晶相。据此可确认材料的初步合成，并且从分子振动和晶体结构层面揭示了PtNPs与DNA的结合方式，为后续热力学参数及分子对接模拟提供了结构基础。
铂纳米颗粒在1.05~5.25 μg/mL浓度范围内，对BMSCs和HUVECs均无明显毒性。BMSCs存活率在最高浓度时3天82.0%、5天75.0%；HUVECs为90.5%和75.6%，均高于75%，表现出良好的生物相容性，实验结果见图9。
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图9 (A) 不同PtNPs浓度下BMSCs细胞存活率 (B) HUVECs细胞存活率
使用Origin 2024b软件对纳米铂的紫外吸收光谱数据处理，得到纳米铂的光谱特征及与小牛胸腺DNA结合后的光谱变化规律，实验结果见图10。
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图10 (A) PtNPs-ssDNA的UV-Vis谱图 (B) PtNPs-dsDNA的UV-Vis谱图
当ct-DNA浓度固定不变时，随着PtNPs在溶液中浓度的增加，两种体系混合溶液的紫外吸收强度均不断增强表明PtNPs增强了ct-DNA的吸光度。由此可知，PtNPs和ct-DNA发生了某种相互作用，导致PtNPs的紫外特征吸收峰发生了显著变化。
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图11 (A) PtNPs-ssDNA的FT-IR谱图 (B) PtNPs-dsDNA的FT-IR谱图
由PtNPs-ctDNA红外光谱图(见图11)可知，PtNPs-ctDNA复合物在1240 cm-1和1080 cm-1处的DNA磷酸骨架峰强度明显降低且发生蓝移，同时1403 cm-1处PtNPs的柠檬酸盐羧基峰减弱，表明PtNPs通过静电作用和氢键与DNA磷酸基团结合，证实PtNPs-ctDNA发生了相互作用，为后续热力学参数计算及分子对接模拟提供了实验依据。
1.2 与本项目有关的研究积累
(1) 实验室合成粒径为60 nm的银纳米线，通过紫外可见吸收光谱、荧光光谱和同步荧光光谱研究了其与牛血清白蛋白的相互作用，明确了猝灭机制为静态猝灭，获得了结合常数、结合位点数和热力学参数，相关成果发表于《化学研究》期刊。
(2) 实验室合成球形纳米金颗粒，采用紫外光谱、荧光光谱和圆二色谱研究了其与牛血清白蛋白的结合过程，获得了热力学参数并分析了蛋白质二级结构的变化，相关成果发表于《济宁医学院学报》。
(3) 实验室采用晶种法合成金纳米花，利用紫外光谱、原子力显微镜、变温荧光光谱、同步荧光光谱和三维荧光光谱研究了其与人血清白蛋白的相互作用，获得了热力学参数并明确了主要作用力类型，相关成果发表于《化学通报》期刊。
(4) 实验室合成了石墨烯-银纳米复合材料(rGO-Ag)，研究了其与人血清白蛋白(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12。
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图12 (A) 空白HSA的SPM 图 (B) rGO-Ag和HSA相互作用后的SPM 图
(5) 实验室采用原位还原法制备氧化石墨烯-银纳米复合材料，通过紫外光谱、荧光光谱、圆二色谱、等温滴定量热法和分子对接模拟系统研究了其与单链及双链小牛胸腺DNA的相互作用，比较了两种构象DNA结合能力的差异，明确了结合位点位于DNA小沟区域，相关成果发表于International Journal of Biological Macromolecules (2024(275):133715)，中科院SCI一区(IF 7.7)。
(6) 实验室合成氧化石墨烯-金纳米复合材料，采用多光谱法和分子模拟技术研究了其与人血清白蛋白和牛血清白蛋白的相互作用，明确了结合机制、热力学参数及结合位点，相关成果发表于International Journal of Biological Macromolecules (2025(284): 138126)，中科院SCI一区(IF 7.7)。部分研究结果见图13。
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图13 (A)GO和(B)GO-AuNCPs的TEM图像
(7) 实验室采用化学还原法合成粒径约为5 nm的超小铂纳米酶，通过傅里叶变换红外光谱、X射线衍射、透射电子微镜对材料进行了全面表征，运用多光谱法和分子对接模拟研究了其与人血清白蛋白和牛血清白蛋白的相互作用，比较了两种蛋白结合亲和力的差异，相关成果发表于ACS Applied Materials & Interfaces (2026(18):8670-8684)，中科院SCI一区(IF 8.2)。部分研究结果见图14。并申请相关专利一项：申请号2025104470659，一种铂纳米酶与血清蛋白相互作用的检测方法。
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图14 (A)HSA与PtNZ结合的分子对接分析 (B)铂纳米酶与结合位结合的局部放大图 
本项目在纳米材料与生物大分子相互作用研究方面具有良好的工作基础。团队成员已熟练掌握纳米材料的化学还原合成方法，能够制备粒径可控、分散性良好的铂纳米颗粒，在表征方面具备紫外可见吸收光谱、稳态荧光光谱、同步荧光光谱、圆二色谱等多种光谱技术的操作经验，能够独立完成变温荧光实验、位点竞争实验和热力学参数计算。课题组长期从事相关研究，在银纳米线、球形纳米金、金纳米花、氧化石墨烯-银纳米复合材料与血清白蛋白及DNA的相互作用方面积累了丰富经验，相关成果已在《化学研究》、《化学通报》、International Journal of Biological Macromolecules、ACS Applied Materials & Interfaces等国内外期刊发表多篇学术论文。实验室现有紫外-可见分光光度计、荧光分光光度计、扫描探针显微镜、傅里叶变换红外光谱仪等大型仪器，合成所需的氯铂酸、柠檬酸钠、硼氢化钠等化学试剂以及小牛胸腺DNA、荧光染料等生物试剂均有稳定采购渠道，项目组成员经过系统实验技能培训，具备独立开展研究的能力。
目前本项目所需的主要实验条件均已具备，能够满足研究工作的基本需求。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，可为项目提供有力的技术补充。综上，现有条件能够充分保障本项目的顺利实施。

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 11000.00 9000.00
1. 业务费 13000.00 样品的表征测试等 7000.00 6000.00
（1）计算、分析、测试费 6000.00 样品表征 3000.00 3000.00
（2）能源动力费 0.00 无 0.00 0.00
（3）会议、差旅费 3000.00 参加科研竞赛 1500.00 1500.00
（4）文献检索费 500.00 数据库使用 200.00 300.00
（5）论文出版费 3500.00 版面费、润色费 2300.00 1200.00
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 7000.00 化学、生物试剂及耗材购买 4000.00 3000.00
结束

用户单位： 济宁医学院        

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