论文部分内容阅读
碳量子点,简称碳点,指粒径小于10 nm的球形碳基颗粒,是一种新兴的纳米材料,已经在环境、生物、能源等多个领域得到应用。其具有化学稳定性、光学稳定性和生物相容性,具有取代重金属元素类半导体量子点成为常规荧光探针并应用到临床医学的潜质。作为荧光显影材料目前其主要缺点为量子产率低、发射光谱较窄。但可根据其尺寸依赖性特点以及表面的可修饰特性,通过合成及修饰工艺调节的手段控制碳量子点的尺寸及表面基团调节,实现荧光强度、发射波长、激发波长等荧光性质的改性。碳量子点表面富含的羟基羧基等官能基团可键接靶分子,为实现生物靶向成像方面创造了条件。本课题基于苯二胺为碳源,基于其三种同分异构体制备了多元色荧光探针,通过改变化学组分成分和工艺增强原多色碳量子点的细胞组织靶向性、提升生物安全性并提高其荧光效率,研究了其在生物成像领域的性能。论文主要包括两个方面:1.首先以苯二胺为单一原料通过水热碳化法合成碳量子点。然后改变工艺,以分步水热法先碳化苯二胺合成碳核,再添加柠檬酸进行二次碳化制备碳量子点(以邻、间、对-苯二胺为原料合成的核壳碳量子点分别称为OP-CCDs、MP-CCDs以及PP-CCDs)。原苯二胺类碳核(C1、C2和C3),量子产率分别为10.4%,4.8%和10.6%,在365 nm紫外光激发下最强发射波长分别在绿光、蓝光及红光区;OP-CCDs、MP-CCDs以及PP-CCDs在365 nm量子点量子产率大于50%,紫外光激发下最强发射波长都位于蓝光区。OP-CCDs、MP-CCDs以及PPCCDs纳米颗粒能够快速进入NIH-3T3细胞当中并成像。对小鼠尾静脉注射OP-CCDs后的6h内,碳量子点聚集于小鼠膀胱和肾脏的位置并实现显影,而后能够借由尿路从小鼠体内排泄,规避了普通纳米材料长时间体内聚集不代谢所造成的伤害。2.通过水热法合成了苯二胺-叶酸共掺杂型多元色肿瘤靶向荧光探针(以邻、间、对-苯二胺为原料合成的碳量子点简称为OF-CDs、MFCDs和PF-CDs)。OF-CDs、MF-CDs和PF-CDs在365 nm紫外光激发下发射波长分别位于绿光、蓝光及红光区域,量子产率分别为12.21%、13.14%和10.1%,并且具有光稳定性。高生物相容性的OF-CDs、MFCDs和PF-CDs对Hela细胞具有靶向选择能力。静脉注射PF-CDs后的15 min内,OF-CDs、MF-CDs和PF-CDs聚集于裸鼠皮下目标Hela宫颈癌肿瘤部位,并持续靶向部位造影近40 min。在本文中,我们基于多元色碳量子点进行改性并成功制备了细胞及组织靶向的新型荧光显影材料。制备得到的碳量子点具有高生物相容性,实现显影功能后可迅速在体内代谢。通过键接靶向物质我们实现了碳量子点对肿瘤细胞的靶向标记,优化了在生物荧光标记成像领域的应用。