研究背景:在法医实践中,脑损伤在事故中时有发生,但对于脑损伤的司法鉴定一直是困扰法医工作者的一大难题。其中创伤性脑损伤是全球死亡和致残的主要原因之一,而轻型创伤性脑损伤（Mild traumatic brain injury,m TBI）约占全部创伤性脑损伤的70%-90%,其临床表现较为轻微,影像学表现不显著,且m TBI的早期损伤程度与远期神经症状及精神障碍程度并不完全相符。在法医鉴定过程中,受被检人主观配合因素影响较大且缺乏更多客观指标,使得经常出现不尽相同乃至迥异的鉴定结果。因此,快速准确检测m TBI并进一步对其进行客观评估,是法医鉴定实践中亟待解决的难题。目前,mTBI主要通过格拉斯哥昏迷量表（Glasgow coma scale,GCS）评分系统、神经系统和影像学检查进行共同诊断。虽然GCS评分应用最为广泛,可以较为有效地评估神经认知状态,提供有关患者的预后信息,但是其主观性较强。此外,典型患者在传统的计算机断层扫描和磁共振成像扫描中没有明确的外部损伤和病理表现,同时因为m TBI受损轻微且出血量小,通过影像学技术在早期进行准确诊断较为困难。现代影像学技术结合临床评分、相关生物标志物的综合分析是目前m TBI鉴定的发展趋势。而对于诸多m TBI生物标志物的检测,目前仍主要采用传统酶联免疫吸附分析（Enzyme linked immunosorbent assay,ELISA）、凝胶电泳技术以及实时定量聚合酶链式反应（Real-time quantitative polymerase chain reaction,RT-q PCR）等,这些检测一定程度上具有较高的灵敏度,但仍存在靶向指标单一、定点检验量少、检测过程复杂且昂贵等缺陷。因此探索m TBI生物标志物检测的新方法具有重要的法医学意义。近年来,纳米探针技术的出现为m TBI的法医快速检测提供了可能性。基于功能化碳聚合物点（Carbon polymer dots,CPDs）的纳米探针技术在生物标志物的检测方面具有独特的优势,首先就原材料而言,碳作为主要的组成元素让CPDs的合成无毒且易代谢,制备成本低,加上其表面丰富的基团,使CPDs具有良好的亲水性,无需进一步修饰,这有利于目标物在生物体内的靶向定位;其次,纳米探针具有快速响应、灵敏度高和检测范围广等诸多优势,基于此,本文对CPDs纳米探针在脑损伤快速检测体系的应用进行研究,结果证明功能化CPDs纳米探针有助于实现TBI生物标志物的快速检测,能够为脑损伤的精准诊断提供重要的依据。研究目的:验证新型肽功能化碳聚合物点纳米探针、双发射碳聚合物点以及磁荧光钆@碳聚合物点纳米探针能否成功用于创伤性脑损伤不同时期生物标志物的快速灵敏检测和细胞成像。研究内容:（1）S100-β被认为是m TBI重要的早期生物标志物之一。我们首先通过一步水热法制备了一种新型肽修饰CPDs荧光纳米探针（pep-CPDs）,用于m TBI重要生物标志物S100-β的快速灵敏检测。通过表征pep-CPDs的荧光光谱和紫外光谱来探索其光学特性,不断优化实验参数来获得更灵敏的S100-β检测效果。最后,在临床创伤性脑损伤患者生物样本中探索该多功能纳米探针对目标物S100-β的检测效能。（2）SAA蛋白是由肝脏在应对创伤性脑损伤时产生的一种亚急性期蛋白。我们首先制备了一种具有双发射功能的新型碳聚合物点（Dual-emitting carbon polymer dots,d CPDs）,其在波长420 nm和575 nm处呈现两种不同的荧光发射,进一步分析其在水溶液中SAA蛋白的选择性和灵敏性检测性能。基于该纳米探针良好的生物相容性和优秀的荧光性能,进一步分析其在活细胞的多色荧光成像,探索细胞内SAA蛋白的水平变化。（3）IL-6是在创伤性脑损伤发生过程中的一种炎症细胞因子,被发现可以作为亚急性期生物标志物。我们研发了一种新型碳聚合物点与顺磁性金属离子Gd3+构建的双功能纳米颗粒顺磁性荧光Gd@CPDs。对该纳米探针进一步的顺磁性行为,以及光学特性的分析证明该纳米探针可作为一种双模式的FL-MRI纳米探针。进一步优化荧光性能和磁性性能,以便提升该纳米探针对IL-6的双重检测效能。通过分析纳米探针在标准样品以及实现在细胞内IL-6的浓度变化监测,进一步拓展其在法医样本IL-6的灵敏、快速检测可能性。研究结果:（1）构建新型肽功能化碳聚合物点纳米探针用于m TBI早期诊断,这有助于m TBI生物标志物S100-β的快速灵敏检测,我们进一步实现了细胞荧光成像。证明该多功能纳米探针可以在法医生物样本中快速检测S100-β,对临床诊断、治疗和预后评估具有实际应用价值。（2）构建新型双发射碳聚合物点纳米探针用于m TBI亚急性期诊断,实现了m TBI生物标志物SAA蛋白的快速定量分析。在本实验中,首次制备出在活细胞水平特异性识别脑损伤标志物SAA基于反应的turn-on型荧光探针d CPDs。该双发射碳聚合物点具有很好的荧光性能,并能更灵敏地对目标分析物水平变化进行分析。在细胞荧光成像实验中,我们发现添加有目标分析物SAA蛋白的细胞荧光信号呈现荧光Turn-on模式,红色荧光信号增强较为明显,有较小的荧光背景干扰,这一研究有望用于追踪脑损伤生物标志物在体内的动态变化,对于脑损伤诊断具有重要的意义。（3）构建新型磁荧光钆@碳聚合物点多模态纳米探针用于m TBI亚急性期诊断,实现IL-6的双重定量检测。该纳米材料通过一步水热法合成一种新的荧光/磁共振探针钆@碳聚合物点,与普通磁共振造影剂相比,这种简易合成且低成本的磁荧光纳米材料具有较高的弛豫值和良好的生物相容性。同时在m TBI生物标志物检测中整合磁共振成像性能和光学性能到单一纳米颗粒,实现了对生物标志物的快速、精准检测,为m TBI的多元诊断模式提供了重要的方法与应用方式。研究结论:本课题基于三种新型纳米探针分别构建了m TBI早期和亚急性期生物标志物的高效灵敏分析体系,并进一步用于法医实际样本的检测分析。与传统的检测方法相比,新型纳米探针提高了m TBI生物标志物的检测灵敏度,并且大大降低了检测过程中的人力成本和材料成本,我们的研究有望帮助构建m TBI的纳米体外诊断体系,可以大大推动法医工作者的鉴定效率,提升法医鉴定工作的效度与信度。同时,对功能化聚合物点纳米探针的安全性评估、长期毒性研究以及在更多实践案例中的有效性调查需要在未来进一步完善。图35幅,表20个,参考文献266篇