一種可大量制備碳量子點(diǎn)生物成像劑的方法
【專利摘要】本發(fā)明公開一種碳量子點(diǎn)生物的成像劑的制備方法及碳量子點(diǎn)生物的成像劑。本發(fā)明的制備方法是將質(zhì)量比為1%-99%的丙三醇與質(zhì)量比99%-1%的硅烷偶聯(lián)劑比混合作為前軀體，在惰性氣體保護(hù)下160℃～270℃下充分反應(yīng)得到碳量子點(diǎn)生物成像劑。本發(fā)明具有：所制備的碳量子點(diǎn)生物成像劑產(chǎn)率高、產(chǎn)率大、在不同激發(fā)波長下可以激發(fā)出不同顏色的熒光；在制備過程中將產(chǎn)物表面鈍化、表面修飾等過程一步完成；可制備薄膜器件；低細(xì)胞毒性，易溶于水或有機(jī)溶劑，可用于細(xì)胞成像、或活體成像等領(lǐng)域；成像劑具有耐光漂白等優(yōu)點(diǎn)。
【專利說明】一種可大量制備碳量子點(diǎn)生物成像劑的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種生物成像劑的制備方法及用這種方法制備的成像劑，特別是一種碳量子點(diǎn)生物的成像劑的制備方法及碳量子點(diǎn)生物的成像劑。【背景技術(shù)】
[0002]熒光材料廣泛應(yīng)用于生物成像等領(lǐng)域，這類材料大致包括:熒光染料、量子點(diǎn)、貴金屬納米簇等。然而，目前的熒光材料在生物成像的應(yīng)用方面還存在種種限制。例如，熒光染料是最早被應(yīng)用于成像等領(lǐng)域的，但面臨光漂白、光降解等問題的困擾。各種量子點(diǎn)的誕生貌似解決了這一難題，然而許多量子點(diǎn)由于合成步驟復(fù)雜，且制備產(chǎn)物都是劇毒物質(zhì)，在生物成像領(lǐng)域難以獲得廣泛應(yīng)用。近些年來，貴金屬等納米簇的異軍突起有望填補(bǔ)這一領(lǐng)域的空白。但是熒光碳量子點(diǎn)與納米簇相比，其制造成本、制造方法、產(chǎn)量及量子產(chǎn)率等都有很大的優(yōu)勢。而碳量子點(diǎn)獨(dú)特的光電性質(zhì)使其在生物成像、藥物診斷、光催化、光伏器件等領(lǐng)域有潛在的利用價(jià)值，因此，吸引了大量的關(guān)注。與其他量子點(diǎn)一樣，許許多多的文獻(xiàn)都集中在合成的方法學(xué)上。最近，一系列合成碳量子點(diǎn)的方法被發(fā)掘，例如:熱解法、不完全燃燒法、電化學(xué)剝離、強(qiáng)酸氧化、微波輔助、激光刻蝕、水熱反應(yīng)法等幾大類。各種各樣的前驅(qū)體被應(yīng)用于碳量子點(diǎn)的合成，例如:石墨烯、氧化石墨、咖啡渣、檸檬酸、蠟燭灰等等。然而，在調(diào)研了各種各樣的方法之后發(fā)現(xiàn)一個(gè)共性，當(dāng)這些碳點(diǎn)被制備好之后需要一個(gè)表面鈍化的過程，在沒有這一步鈍化的碳點(diǎn)其量子產(chǎn)率都非常低(1%左右)。而碳點(diǎn)鈍化所用到的試劑經(jīng)常以高聚物為主，被高聚物鈍化后的碳點(diǎn)要想進(jìn)行下一步的修飾，使其功能化就比較困難。這就會(huì)限制其廣泛的應(yīng)用前景。而且部分限制了碳量子點(diǎn)的大量生產(chǎn)。因此，找到一種簡單、低成本、綠色、可大量生產(chǎn)且易功能化的方法是迫切的需要。
[0003]現(xiàn)有技術(shù)可參考以下文獻(xiàn):
(出處為(I)X.Wang, L.Cao, S.-T.Yang, F.Lu, M.J.Meziani, L.Ti an, K.ff.Sun, M.A.Bloodgood, Y.-P.Sun, Angew.Chem.1nt.Ed.2010, 49, 5310-5314.(2)J.Zhou, C.Booker, R.Li, X.Zhou, T.-K.Sham, X.Sun, Z.Ding, J.Am.Chem.Soc.2007, 129，744-745.(3)S.-L.Hu, K.-Y.Niu, J.Sun, J.Yang, N.-Q.Zhao, X.-ff.Du, J.Mater.Chem.2009, 19，484-488.(4)H.Li, Z.Kang, Y.Liu, S.-T.Lee, J.Mater.Chem.2012, 22,24230-24253.)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明提供一種可克服現(xiàn)有技術(shù)不足的、可大量制備碳量子點(diǎn)生物成像劑的方法。
[0005]本發(fā)明的可大量制備碳量子點(diǎn)生物成像劑的方法是將質(zhì)量比為I %_99%的丙三醇與質(zhì)量比99 %_1%的硅烷偶聯(lián)劑比混合作為前軀體，在惰性氣體保護(hù)下160 °C~ 270 °〇下充分反應(yīng)得到碳量子點(diǎn)生物成像劑。本發(fā)明可用的硅烷偶聯(lián)劑可以是:(3-巰基丙基)三甲氧基硅烷、3-氨丙基二甲氧基硅烷、異氰酸丙基二乙氧基硅烷、二乙氧基甲基硅烷或二乙氧基_2_丙烯基硅烷。
[0006]本發(fā)明的可大量制備碳量子點(diǎn)生物成像劑的方法中，所用的硅烷偶聯(lián)劑為3-氨丙基三乙氧基硅烷。相比于其它硅烷偶聯(lián)劑，由于3-氨丙基三乙氧基硅烷含有一個(gè)氨基，在形成碳量子點(diǎn)之后，活潑的氨基在碳量子點(diǎn)表面有利于功能化修飾，再者利用3-氨丙基三乙氧基硅烷制備的碳量子點(diǎn)的熒光量子產(chǎn)率更高。
[0007]本發(fā)明的方法中丙三醇占總體積79 %，3-氨丙基三乙氧基硅烷占總體積21 %時(shí)為最優(yōu)比例，在此比例下其熒光量子產(chǎn)率最大，可達(dá)到35 %。
[0008]用本發(fā)明的方法可以大量制備出碳量子點(diǎn)生物成像劑。
[0009]將用本發(fā)明方法制備的碳量子點(diǎn)生物成像劑與易成膜高聚物結(jié)合可制備出的具有成膜性的聚合物或薄膜器件。
[0010]本發(fā)明的方法具有如下優(yōu)點(diǎn):
1、所制備的碳量子點(diǎn)生物成像劑產(chǎn)率高、產(chǎn)率大、在不同激發(fā)波長下可以激發(fā)出不同顏色的熒光；
2、在制備過程中將產(chǎn)物表面鈍化、表面修飾等過程一步完成，無需現(xiàn)有技術(shù)需再進(jìn)行鈍化處理；
3、所制備的碳量子點(diǎn)生物成像劑可很容易地與成膜膜高聚物結(jié)合，制備出熒光碳量子點(diǎn)薄膜，得到薄膜器件；
4、本發(fā)明所制備的碳量子點(diǎn) 生物成像劑具有低細(xì)胞毒性，易溶于水或有機(jī)溶劑，可用于細(xì)胞成像、或活體成像等領(lǐng)域；
5、所得到的碳量子點(diǎn)生物成像劑具有耐光漂白的特點(diǎn)。
[0011]【專利附圖】

【附圖說明】
圖1為碳量子點(diǎn)在365 nmLED燈照射下數(shù)碼照片。
[0012]圖2為碳量子點(diǎn)的高分辨透射電鏡照片(HRTEM)。
[0013]圖3為碳量子點(diǎn)成膜后在365 nm LED光源照射下的數(shù)碼照片。
[0014]圖4為碳量子點(diǎn)在Hela細(xì)胞中的488 nm激光激發(fā)波長下的共聚焦熒光成像照片。
[0015]圖5為碳量子點(diǎn)利用MTT法進(jìn)行的細(xì)胞毒性測試。
[0016]圖6為碳量子點(diǎn)以斑馬魚為實(shí)驗(yàn)對象在488 nm激光激發(fā)下活體共聚焦熒光成像照片。
【具體實(shí)施方式】
[0017]本發(fā)明以下提供實(shí)施例詳細(xì)解說。
[0018]實(shí)施例1:
a將4 mL (約占總體積21%) 3-氨基三乙氧基硅烷與15 mL丙三醇混合均勻；b將前驅(qū)體放入聚四氟乙烯的反應(yīng)釜中，氬氣吹掃10 min，在此氬氣保護(hù)下密封；c將前驅(qū)體加熱到200°C，惰性氣氛中保護(hù)下進(jìn)行反應(yīng)30 min后冷卻至室溫，即得到透明、黃色液體的碳量子點(diǎn)生物成像劑。[0019]反應(yīng)產(chǎn)物見圖1，在365 nm LED光源激發(fā)下，本發(fā)明的碳量子點(diǎn)生物成像劑可以發(fā)出強(qiáng)烈的藍(lán)色熒光，測得其絕對量子產(chǎn)率為35.4 %.因此，其出色的熒光性質(zhì)可用于生物成像劑。
[0020]實(shí)施例2:
a將0.15 mL (約占總體積1%) 3-氨基三乙氧基硅烷與15 mL丙三醇混合均勻；b將前驅(qū)體放入聚四氟乙烯的反應(yīng)釜中，氬氣吹掃10 min，在此氬氣保護(hù)下密封；c將前驅(qū)體加熱到200°C，反應(yīng)30 min后冷卻至室溫，得到的透明、黃色液體為碳量子點(diǎn)生物成像劑。
[0021]實(shí)施例3:
a將15 mL (約占總體積99%) 3-氨基三乙氧基硅烷與0.15 mL丙三醇混合均勻；b將前驅(qū)體放入聚四氟乙烯的反應(yīng)釜中，氬氣吹掃10 min，在此氬氣保護(hù)下密封；c將前驅(qū)體加熱到加熱到200°C，反應(yīng)30 min后冷卻至室溫，得到的透明、黃色液體為碳量子點(diǎn)生物成像劑。
[0022]實(shí)施例4:
a將1.5 mL (約占總體積13%) 3-氨基三乙氧基硅烷與10 mL丙三醇混合均勻； b將前驅(qū)體放入聚四氟乙烯的反應(yīng)釜中，氬氣吹掃10 min，在此氬氣保護(hù)下密封； c將前驅(qū)體加熱到200°C，反應(yīng)15 min后冷卻至室溫，即得到碳量子點(diǎn)生物成像劑。
[0023]反應(yīng)產(chǎn)物的微觀形貌利用透射電子顯微鏡(TEM)進(jìn)行表征見圖2，由圖可得其粒徑大小約為7.2 nm。
[0024]實(shí)施例5:
a將4 mL (約占總體積13%) 3-氨基三乙氧基硅烷與15 mL丙三醇混合均勻；b將前驅(qū)體放入聚四氟乙烯的反應(yīng)釜中，氬氣吹掃10 min，在此氬氣保護(hù)下密封；c將前驅(qū)體加熱到270°C，反應(yīng)15 min后冷卻至室溫，得到透明的黃色液體，該液體為碳量子點(diǎn)熒光成像劑。
[0025]實(shí)施例6:
a將4 mL (約占總體積13%) 3-氨基三乙氧基硅烷與15 mL丙三醇混合均勻；b將前驅(qū)體放入聚四氟乙烯的反應(yīng)釜中，氬氣吹掃10 min，在此氬氣保護(hù)下密封；c將前驅(qū)體加熱到160°C，反應(yīng)60 min后冷卻至室溫，得到透明的黃色液體，該液體即為碳量子點(diǎn)熒光成像劑。
[0026]實(shí)施例7:
為了證明本發(fā)明中所提及該發(fā)明無需分步進(jìn)行表面鈍化處理，在碳量子點(diǎn)的制備過程中硅烷偶聯(lián)劑可以鈍化劑一步法完成整個(gè)反應(yīng)過程，我們以此實(shí)例進(jìn)行對比驗(yàn)證:a將4 mL (約占總體積21%) 3-氨基三乙氧基硅烷與15 mL丙三醇混合均勻；b將前驅(qū)體放入聚四氟乙烯的反應(yīng)爸中，IS氣吹掃10 min ；c將前驅(qū)體加熱到200°C，反應(yīng)30 min后冷卻至室溫，得到本發(fā)明的產(chǎn)物I。
[0027]d將15 mL丙三醇四氟乙烯的反應(yīng)釜中，氬氣吹掃10 min。
[0028]e將前驅(qū)體加熱到200°C，反應(yīng)30 min后冷卻至室溫，得到?jīng)]有加入任何硅烷偶聯(lián)劑作為鈍化劑的產(chǎn)物2。
[0029]通過熒光光譜儀表征以上兩種產(chǎn)物的絕對量子產(chǎn)率分別為:產(chǎn)物I為35.4%，產(chǎn)物2 為 8.6%ο
[0030]由此可知，本發(fā)明中硅烷偶聯(lián)劑作為鈍化劑可以在一步中制得熒光碳量子點(diǎn)成像劑，其鈍化后的量子產(chǎn)率遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于沒有加入鈍化劑的產(chǎn)物。
[0031]實(shí)施例8:
a將1.2 g聚乙烯醇1788與7.5 mL水混合攪拌15 min。
[0032]b將2.3 mL制備好的碳量子點(diǎn)與聚乙烯醇水溶液混合均勻，95°C下冷凝回流60min直到聚乙烯醇徹底溶解。
[0033]c溶解后的澄清透明溶液以刮膜的方式涂覆在載玻片上，室溫下放置干燥，可形成自支撐薄膜。在365 nm LED照射下發(fā)出明顯的藍(lán)色熒光，如圖3所示。
[0034]實(shí)施例9:熒光碳量子點(diǎn)在海拉(Hela)細(xì)胞成像中應(yīng)用:
a將1.5 mL碳量子點(diǎn)溶于13.5 mL超純水中，劇烈攪拌后，靜止12 h，離心除去沉淀；b將除去沉淀后的碳量子點(diǎn)稀釋10倍后，以10 μ L/mL的濃度與海拉細(xì)胞培養(yǎng)I h ；c標(biāo)記后的海拉細(xì)胞用PBS緩沖溶液沖洗兩次，除去多余的碳量子點(diǎn)；d利用LSM700共聚焦熒光顯微鏡在488 nm激光光源激發(fā)下，觀察碳量子點(diǎn)海拉細(xì)胞中的成像情況。
[0035]如圖4所示，海拉細(xì)胞在共聚焦顯微鏡下能夠清楚顯現(xiàn)綠色的熒光，從而觀測其成像情況，并且在激光照射下，500分鐘左右沒有任何強(qiáng)度的衰減。由此，本發(fā)明所得碳量子點(diǎn)可以作為熒光生物成像劑。
[0036]實(shí)施例10:細(xì)胞毒性測試`:`
a 分別將如下濃度的碳量子點(diǎn):0 μ g/mL>228 μ g/mL、456 μ g/mL、684 μ g/mL、912μ g/mL、1140 μ g/mL與海拉細(xì)胞培養(yǎng)24h，以這6組海拉細(xì)胞樣品作為細(xì)胞毒性測試的實(shí)驗(yàn)對象；
b將100 μ L，2 mg/mL的噻唑藍(lán)(MTT)分別與步驟a中6組海拉細(xì)胞并培養(yǎng)2h ；c由于活細(xì)胞線粒體中的琥珀酸脫氫酶能使MTT還原為水不溶性的藍(lán)紫色結(jié)晶甲瓚，而已經(jīng)死亡的細(xì)胞沒有這個(gè)功能，濾除不溶于水的甲瓚結(jié)晶，將其溶于100 μ L二甲基亞砜中，觀測其490 nm處的吸光度，以說明細(xì)胞存活狀況。如圖5所示，當(dāng)碳量子點(diǎn)的濃度達(dá)到1140 μ g/mL后依然保持著很好的細(xì)胞活性，看見本發(fā)明所制備的熒光碳量子點(diǎn)生物成像劑沒有任何的細(xì)胞毒性。
[0037]實(shí)施例11:
活體共聚焦熒光成像:
a將1.5 mL碳量子點(diǎn)溶于13.5 mL超純水中，劇烈攪拌后，靜止12 h，離心除去沉淀；b將除去沉淀后的碳量子點(diǎn)稀釋10倍后，以10 μ L/mL的濃度與斑馬魚幼苗在28.5°C下培育24 h ；
c將此魚苗用PBS緩沖溶液清洗2次，除去多余的碳量子點(diǎn)；
d利用共聚焦熒光顯微鏡LSM700，在488 nm激光激發(fā)下觀測活體魚苗的熒光成像情況。
[0038]如圖6所示,斑馬魚魚苗通過突光碳量子點(diǎn)標(biāo)記后利用488 nm激光激發(fā)后顯示綠色熒光，能夠清晰地觀測其身體各部分器官及細(xì)胞，其成像效果極佳。
【權(quán)利要求】
1.一種可大量制備碳量子點(diǎn)生物成像劑的方法，其特征在于將質(zhì)量比為I %-99%的丙三醇與質(zhì)量比99 %_1%的硅烷偶聯(lián)劑比混合作為前軀體，在惰性氣體保護(hù)下160 °C~270°C下充分反應(yīng)得到碳量子點(diǎn)生物成像劑。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的可大量制備碳量子點(diǎn)生物成像劑的方法，其特征在于所用的硅烷偶聯(lián)劑為3-氨丙基二乙氧基硅烷。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的可大量制備碳量子點(diǎn)生物成像劑的方法，其特征在于丙三醇占總體積79 %, 3-氣丙基二乙氧基硅烷占總體積21 %。
4.權(quán)利要求1或2或所述的可大量制備碳量子點(diǎn)生物成像劑的方法制備的碳量子點(diǎn)生物成像劑。
5.權(quán)利要求4所述的碳量子點(diǎn)生物成像劑與易成膜高聚物制備的具有成膜性的聚合物。`
【文檔編號(hào)】C08L29/04GK103482605SQ201310428368
【公開日】2014年1月1日 申請日期:2013年9月19日 優(yōu)先權(quán)日:2013年9月19日
【發(fā)明者】王強(qiáng), 黃一凡, 周鑫 申請人:蘭州大學(xué)