[發(fā)明專利]一種用于細胞核成像和線粒體成像的石墨烯量子點的制備及應用研究

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• 申請日: 2017-10-12
• 公開（公告）號: CN107902642A
• 公開（公告）日: 2018-04-13
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 范增杰
• 申請（專利權(quán)）人: 蘭州大學
• 主分類號: C01B32/184
• 分類號: C01B32/184;B82Y40/00;G01N21/64
• 代理公司: 北京輕創(chuàng)知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司11212
• 代理人: 談杰

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及生物醫(yī)用材料技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種用于細胞核成像和線粒體成像的石墨烯量子點及其制備方法和應用。

背景技術(shù)

石墨烯量子點具有強的熒光亮度，良好的生物相容性，高的水中分散性及低的光漂白等特性，這些特性使其優(yōu)于傳統(tǒng)的熒光染料和無機量子點，在光學成像，光學傳感，光伏電池及發(fā)光二極管等方面得到廣泛的應用。

在熒光成像方面，各種合成方法制備的石墨烯量子點主要用于各類細胞成像，包括腫瘤細胞、神經(jīng)細胞及干細胞等。由于目前所制備的石墨烯量子點大部分不具有靶向選擇性，所以只能對細胞質(zhì)進行成像，在細胞核成像及線粒體成像等方面缺乏相關(guān)的研究。少數(shù)能進行靶向成像，但是效果都不甚理想，如在某個細胞器被染色的同時，其周圍的其他細胞器也可能被染色。為什么要對細胞核和線粒體進行成像？眾所周知，細胞核與線粒體是細胞內(nèi)的兩個重要的細胞器。一個是遺傳物質(zhì)的控制中心，一個是能量來源的合成中心，許多遺傳性疾病都跟這兩個細胞器的功能異常有關(guān)，因此非常有必要對這兩個細胞器的形態(tài)和位置進行定位。目前定位常用的是熒光染料，然而這類材料具有一定的毒性及容易發(fā)生光漂白現(xiàn)象，這些不足限制了其實際應用。同熒光染料相比，石墨烯量子點具有良好的生物相容性及低的光漂白特性，因此本發(fā)明擬構(gòu)建具有靶向特性的石墨烯量子點實現(xiàn)對兩個重要細胞器的熒光成像。

目前在石墨烯量子點的制備方面通常采用自上而下的方法，該方法需要苛刻的反應條件、復雜的處理步驟及低的產(chǎn)率，因此改善現(xiàn)有制備方法的不足，實現(xiàn)石墨烯量子點的大規(guī)模制備也是本發(fā)明的創(chuàng)新之處。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的就是針對現(xiàn)有靶向細胞核和線粒體的熒光染料具有毒性及光漂白等不足，充分利用石墨烯量子點存在的良好的生物相容性、高的熒光強度及低的漂白性等特性，發(fā)展一種大規(guī)模、綠色環(huán)保的制備方法，通過簡易修飾就能實現(xiàn)石墨烯量子點對細胞核及線粒體的靶向成像，同時所制備的石墨烯量子點具有低毒及良好的熒光特色。

為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供的技術(shù)方案為：一種用于特異性的對細胞核進行靶向成像的石墨烯量子點，是將PEI與1,3,6-三硝基芘于高溫、高壓及堿性條件下實現(xiàn)1,3,6-三硝基芘向石墨烯量子點的轉(zhuǎn)化及通過親核取代反應將PEI接枝到石墨烯量子點的表面。在此基礎(chǔ)上構(gòu)建一種用于特異性的對細胞核進行靶向成像的石墨烯量子點，是將4-羧丁基三苯基溴化膦通過酰胺化反應接枝到已經(jīng)構(gòu)建的GQDs-PEI的表面。

進一步的，上述的一種用于特異性的對細胞核進行靶向成像的石墨烯量子點，所述的PEI與1,3,6-三硝基的的重量比為(0.5-2.5)：1。

進一步的，上述的一種用于特異性的對細胞核進行靶向成像的石墨烯量子點，是二者的混合物置于反應釜中于180-220度的反應條件下反應10-20h。

進一步的，上述的一種用于特異性的對細胞核進行靶向成像的石墨烯量子點，是將反應溶液先通過0.22μm的微孔濾膜進行過濾，除掉大尺寸的碳顆粒，然后在分子量為1000的透析袋中進行透析3天。

進一步的，上述的一種用于特異性的對細胞核進行靶向成像的石墨烯量子點，其粒徑尺寸為1.75-6.25納米，平均粒徑尺寸為3.25納米。其激發(fā)波長范圍為369-450納米，最大發(fā)射波長為450納米。

進一步的，上述的一種用于特異性的對細胞核進行靶向成像的石墨烯量子點，其濃度在在18.75μg/mL-300μg/mL的范圍內(nèi)具有較低的細胞毒性，在上述范圍能夠特異性的對細胞核進行成像。

在GQDs-PEI基礎(chǔ)上構(gòu)建了一種用于特異性的對細胞核進行靶向成像的石墨烯量子點，是將4-羧丁基三苯基溴化膦通過酰胺化反應接枝到已經(jīng)構(gòu)建的GQDs-PEI的表面。

進一步的，上述的一種用于特異性的對線粒體進行靶向成像的石墨烯量子點，將0.1-0.5g TPP分散于100mL2-嗎啉乙磺酸，即MES(0.1M,pH 4.5)。

進一步的，上述的一種用于特異性的對線粒體進行靶向成像的石墨烯量子點，充氮氣30min，以除掉溶解的氧氣。

進一步的，上述的一種用于特異性的對線粒體進行靶向成像的石墨烯量子點，加入縮合劑EDCI 0.06-0.33g，混勻反應10min。

進一步的，上述的一種用于特異性的對線粒體進行靶向成像的石墨烯量子點，加入1g合成的GQDs-PEI，繼續(xù)反應4-24h。