在过去数十年,细菌感染严重威胁到了人类的生命健康,尤其是耐药菌的出现使得这一问题愈演愈烈。基于光学指导治疗的理念,发展可以在细菌感染初期实现快速检测及治疗的荧光探针,有望降低细菌感染带来的危害。另一方面,纳米科学技术的迅速发展为生物医学提供了新的诊断和治疗途径,各种基于纳米材料的多功能探针已经广泛应用于生物医学领域。近年来,科研工作者发展了具有优异光学性能和良好生物相容性的荧光硅纳米颗粒(Silicon nanoparticles,SiNPs)探针,并将其应用于生物成像、传感分析、疾病诊断等研究。在本论文中,我们发展了基于荧光硅纳米颗粒的功能纳米探针,并将其用于细菌的特异性检测以及由细菌感染引起的炎症的治疗。具体研究内容如下:首先,介绍基于硅纳米颗粒探针的制备过程及其在体外细菌检测和抗菌方面的应用。采用光化学合成法制备了荧光硅纳米颗粒,进而通过化学偶联的方法将万古霉素(Vancomycin,Van)修饰到硅纳米颗粒的表面,构建了基于硅纳米颗粒的诊疗探针(Vancomycin-modified silicon nanoparticles,SiNPs-Van)。研究发现该探针具有较好的光稳定性。相比于传统荧光染料--Hoechst在高强度激光持续照射5 min内即发生严重的荧光淬灭,该探针在相同激光照射下40 min内仍保持较强荧光。此外,该探针可以选择性识别革兰氏阳性菌并对其具有较强的杀伤效果。实验结果表明单独万古霉素分子的最小抑菌浓度值(Minimal inhibitory concentration,MIC)为1 μg/mL,所构建探针的MIC值可降低至0.5 μg/mL。进一步通过细胞毒性实验来测试该探针的细胞毒性。选取了人乳腺癌细胞(MDA-MB-23)和人视网膜细胞(HREC)与不同浓度的SiNPs-Van探针共同孵育24 h后,正常细胞和肿瘤细胞的存活率都达到95%以上,表明该探针对细胞不产生明显毒性。研究发现该探针可以进一步应用于革兰氏阳性菌的定量分析。在106 CFU/mL至109 CFU/mL的浓度范围内,相应的光致发光强度变化和细菌对数浓度之间存在一定的线性关系。活体层面开展的相关研究和探索进一步证明了该荧光探针可应用于细菌的特异性检测以及由细菌感染引起的炎症的治疗。研究结果表明,该探针可以检测小鼠体内金黄色葡萄球菌(Staphylococcus aureus,SI auretus)引起的感染情况。在小鼠炎症部位,该探针荧光信号强度的变化趋势和细菌残留量的变化趋势一致,说明了该诊疗探针能够对炎症患处情况实现可视化评估。从小鼠皮肤炎症治疗效果来看,相同条件下,SiNPs-Van探针的治疗效果和单独万古霉素分子相比有一定提升(万古霉素的抗菌效率为76.5%;SiNPs-Van探针的抗菌效率为92.5%)。该现象的原因可以解释为:相对于单独万古霉素分子,SiNPs-Van作用于炎症部位后局部万古霉素浓度升高,从而增强SiNPs-Van探针的抗菌性能。我们进一步对所构建的诊疗探针在体内的分布情况进行了探讨。研究发现该探针除了在小鼠感染患处大量滞留,还会在肾脏处富集。具体而言,炎症小鼠在接受SiNPs-Van探针治疗6 h后,在肾脏处可检测到明显的荧光信号,而在其他主要器官中却未检测到明显的荧光信号;进一步处理8天后,该小鼠肾脏处已经检测不到荧光信号,表明由于SiNPs-Van探针较小的尺寸,该探针可通过肾脏代谢的方法有效排出体外。综上所述,本篇论文利用了硅纳米颗粒优异的光学稳定性以及良好的生物安全性,构建了可用于细菌感染的长程示踪及治疗的硅基诊疗探针。