近日，材料科学与工程学院提升人才培养质量有了新成效，该学院高分子材料与工程专业2021级本科生王犇、刘欣宇分别以第一作者身份在化学领域国际顶级学术期刊Angewandte Chemie International Edition（《德国应用化学》，影响因子16.1）和国际生物传感器领域顶级学术期刊Biosensors and Bioelectronics（《生物传感器和生物电子学》，影响因子10.7）上发表最新研究成果。
王犇同学在近红外二区小分子探针设计及生物应用领域取得重要研究进展。细胞焦亡又称细胞炎性坏死，是一种程序性细胞死亡，表现为细胞不断胀大直至细胞膜破裂，导致细胞内容物的释放进而激活强烈的炎症反应。细胞焦亡是由gasdermin介导的细胞程序性坏死，在癌症治疗中潜力巨大。光动力治疗（PDT）可以通过光敏剂（PS）产生活性氧（ROS）进而诱导细胞焦亡。然而，许多PS缺乏对特定亚细胞的靶向性，且局限于NIR-I荧光成像，在一定程度上降低了治疗效果。因此，开发具有细胞器靶向功能、高穿透深度的细胞焦亡介导的光疗对于癌症治疗至关重要。针对上述问题，该团队开发了四种具有不同苯环数的硫吡啶结构分子Z1-Z4，初步探索它们的光动力性能。其中，Z1具有更高的苯环占比，表现出优异的ROS生成和线粒体靶向能力以及大的斯托克斯位移。通过两亲性聚合物F127将Z1包覆，制备了Z1 NPs。Z1 NPs在808 nm激光照射下表现出高ROS生成（尤其是I型ROS），可引起线粒体功能障碍，并通过细胞焦亡和细胞凋亡有效抑制肿瘤生长，且副作用最小。此外，该Z1 NPs还能实现活体NIR-II荧光成像和光声成像。相关成果以“A Mitochondria-Targeted Photosensitizer for Combined Pyroptosis and Apoptosis with NIR-II Fluorescence/Photoacoustic Imaging-Guided Phototherapy”为题在化学领域国际顶级学术期刊Angewandte Chemie International Edition（《德国应用化学》）上发表。材料科学与工程学院范曲立教授、尹超教授和青年教师周晖为论文共同通讯作者，本科生王犇为论文第一作者，南京邮电大学为第一署名单位。相关研究得到了国家自然科学基金、江苏省自然科学基金、江苏特聘教授计划、江苏省高等学校自然科学研究面上项目、有机电子与信息显示国家重点实验室主任基金等项目的支持。
图1：NIR-II光敏剂Z1/Z1 NPs的合成及其生物应用示意图
刘欣宇同学研究成果聚焦发展基于表面增强拉曼光谱(SERS)的超灵敏肿瘤外泌体传感技术。肿瘤细胞来源外泌体因其能够携带与癌细胞相关的特定生物信息，已成为一种很有前景的非侵入性癌症早期诊断生物标志物。然而，在复杂的血液中准确检测极微量的特定癌症来源外泌体仍然是一个重大挑战。在此，他们提出了一种超高灵敏度的表面增强拉曼散射（SERS）传感器，该传感器由支化杂交链反应（bHCR）和基于四面体DNA的三价适配体（triApt-TDN）驱动，用于精确检测癌症来源的外泌体。以胃癌SGC-7901细胞衍生的外泌体为测试模型，通过将特异性针对黏蛋白1（MUC1）的适配体与四面体DNA结合，构建了triApt-TDN，然后将其固定在银纳米棒（AgNRs）阵列表面，制成具有SERS活性的传感芯片，能够特异性捕获过表达MUC1蛋白的外泌体。外泌体结合的触发适配体（tgApts）进一步引发bHCR，致使SERS探针被捕获在芯片表面并组装形成富含SERS热点的金纳米颗粒网络结构。该SERS传感器能在60分钟内对目标外泌体实现超高灵敏度检测，检测限满足在2 μL样品中检测单个外泌体。此外，该SERS传感器还表现出良好的均一性、重复性和特异性，并能够通过检测临床人血清中的外泌体来准确区分胃癌（GC）患者和健康对照（HC），显示出其在胃癌早期诊断中的巨大临床应用潜力。相关研究成果以“Branched Hybridization Chain Reaction and Tetrahedral DNA-Based Trivalent Aptamer Powered SERS Sensor for Ultra-Highly Sensitive Detection of Cancer-Derived Exosomes”为题发表于国际生物传感器领域顶级学术期刊Biosensors and Bioelectronics（《生物传感器和生物电子学》）。材料科学与工程学院汪联辉教授、宋春元教授、博士后张晶晶以及徐州工业职业技术学院刘莹教授为论文共同通讯作者，本科生刘欣宇为论文第一作者，南京邮电大学为第一署名单位。相关研究得到了国家自然科学基金、江苏省自然科学基金前沿引领技术基础研究专项、江苏省高等学校自然科学研究重大项目、江苏省青蓝工程等项目的支持。
图2：基于表面增强拉曼光谱(SERS)的超灵敏肿瘤外泌体传感示意图
据悉，材料科学与工程学院高度重视本科生创新能力培养，建立了“三三育人”培养体系，通过实施本科生全员导师制和“菁英计划”创新训练等项目，引导学生积极参与教师各级各类科研项目，大力支持学生参与创新创业训练和各级各类学科竞赛，增强学生的创新精神、实践能力和社会责任感，不断提升学院人才培养质量。近三年，本科生参与发表SCI论文30余篇，其中第一作者署名论文10篇；申请发明专利50余件，其中第一发明人授权专利7件；获评中国国际大学生创新大赛（“互联网＋”大学生创新创业大赛）国家金奖3项、铜奖1项，“挑战杯”全国大学生课外学术作品竞赛国家级一等奖1项、三等奖2项，“挑战杯”中国大学生创业计划竞赛国家级银奖2项，全国大学生节能减排社会实践与科技竞赛国家级二等奖1项、三等奖3项。
撰稿：尹超、张晶晶 编辑：张亚男 审核：宋春元