應(yīng)用于光聲成像的復(fù)合碳納米點及其制備與應(yīng)用
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及應(yīng)用于光聲成像的復(fù)合碳納米點及其制備與應(yīng)用。
【背景技術(shù)】
[0002]光聲成像是(Photoacoustic Imaging，PAI)是近十年新興的生物醫(yī)學(xué)成像技術(shù)，是接收激發(fā)光輻照介質(zhì)產(chǎn)生的光致聲波(即光聲效應(yīng))信號響應(yīng)而獲得生物組織的斷層及三維立體圖像的一種成像方法。它兼具光學(xué)成像靈敏度高和聲學(xué)成像穿透度深的優(yōu)點，可以對深層組織進(jìn)行高分辨率、高對比度成像，從而已成為最有應(yīng)用前景的成像模式之一。由于生物體內(nèi)多種內(nèi)源性生物化學(xué)物質(zhì)，如脫氧血紅蛋白、含氧血紅蛋白、黑色素、油脂、水分等能夠受到特定波段的激發(fā)光激發(fā)，且這些組分多與生理功能密切相關(guān)，因此光聲成像能夠靈敏地反映生物體的生理結(jié)構(gòu)并提供解剖、功能、代謝、分子與基因等豐富的生物信息，已在腦組織的功能成像、腫瘤血管生成監(jiān)控等方面得到了應(yīng)用。然而光的散射效應(yīng)導(dǎo)致光聲信噪比隨著生物組織深度的增加而呈現(xiàn)指數(shù)級衰減，因而對較深層的組織成像時分辨率較低。近來，光聲造影劑的研發(fā)得到越來越多的關(guān)注，通過外源性造影劑可改變局部組織的聲學(xué)和光學(xué)特性，進(jìn)一步提高光聲成像對比度和分辨率，在生物成像與臨床轉(zhuǎn)化醫(yī)學(xué)方面展現(xiàn)了巨大的應(yīng)用前景。
[0003]目前常見的光聲造影劑有金納米顆粒、單碳納米管及一些其他相關(guān)的納米材料。這些材料粒徑較小，穩(wěn)定性好，但由于生物相容性與體內(nèi)可降解能力較差，細(xì)胞毒性較大，并且半衰期較短從而限制了它們在光聲成像領(lǐng)域的應(yīng)用。而基于近紅外熒光染料和有機(jī)聚合物的光聲探針成為研究熱點，其中亞甲基藍(lán)是被美國食品藥品監(jiān)管局(FDA)認(rèn)證的光聲成像染料。亞甲基藍(lán)吸收峰在664納米附近，屬于近紅外區(qū)域，這為其在光聲成像方面的應(yīng)用打下基礎(chǔ)。但由于這種染料體內(nèi)穩(wěn)定性較差，代謝周期短等不足，需要構(gòu)建負(fù)載染料分子的載體以最終實現(xiàn)其臨床應(yīng)用。
[0004]碳納米點以其化學(xué)惰性、光閃爍缺乏、光漂白率低、毒性低、生物相容性好等優(yōu)點日益受到關(guān)注。相比于有機(jī)染料和含有重金屬離子的量子點，碳納米點可以應(yīng)用于多個領(lǐng)域，諸如生物成像、光催化、檢測、激光、LED、能量儲存與轉(zhuǎn)變裝置等。近期在碳納米點合成方法領(lǐng)域的進(jìn)展使其可以經(jīng)由完善的碳結(jié)構(gòu)(比如graphene、多壁碳納米管)通過從上到下法(top?down)制得，或者是經(jīng)由含碳的化學(xué)物質(zhì)(比如檸檬酸銨和乙二胺四乙酸)通過從下到上法(down?top )制得。值得注意的是，這些方法制得的碳納米點都需要表面氧化或鈍化才能夠發(fā)光和具備水溶性。另外，一步法制備得到表面鈍化的碳納米點也有報道。在這些方法中，微波合成法尤其突出，它具有啟動敏捷、加熱易控制、加熱過程均勻等優(yōu)點。因此，以操作簡便、快捷、轉(zhuǎn)化率高的微波反應(yīng)法制備的復(fù)合碳納米點在光聲成像造影材料的開發(fā)、光聲成像顯微操作、光聲透視輔助手術(shù)等領(lǐng)域有著廣闊的應(yīng)用前景。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的第一個目的是為了克服現(xiàn)有技術(shù)存在的缺點和不足，而提供一種基于碳納米點的復(fù)合納米點，該納米復(fù)合光聲造影劑具有良好的生物相容性和安全性，光聲成像靈敏度高，有望在生物醫(yī)學(xué)影像、靶向診斷與治療、藥物篩選與優(yōu)化、體內(nèi)標(biāo)記與示蹤等領(lǐng)域得到更廣泛的應(yīng)用，并在個性化醫(yī)療等方面具有潛在價值。
[0006]本發(fā)明的第二個目的在于提供一種操作安全、快速簡便、成本低廉的一步法微波輻射制備水溶性多色碳納米點及對其高效分離純化的方法，使所得的多色碳納米點可以被用于負(fù)載亞甲基藍(lán)分子以實現(xiàn)高靈敏度的光聲成像。所提供的上述基于碳納米點的復(fù)合納米點制備與純化的工藝操作安全、快速簡便、成本低廉，易實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)。
[0007]為實現(xiàn)本發(fā)明的第一個目的，本發(fā)明力求構(gòu)建一種以碳納米點為主體組分，以光聲造影劑為負(fù)載組分的納米復(fù)合物。進(jìn)一步設(shè)置是制備碳納米點所用的碳源為枸杞浸出液、豆?jié){和食用牛奶等，負(fù)載組分為亞甲基藍(lán)，平均粒徑為150?300納米，平均電位為-15?5毫伏。
[0008]為實現(xiàn)發(fā)明的第二個目的目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案:
a.取上述碳源和0.5毫克/毫升亞甲基藍(lán)溶液，按體積比0.1:1?10:1混合，混合液用超純水稀釋1?100倍，制得前體溶液；
b.將上述前體溶液放置微波反應(yīng)儀中，儀器參數(shù)設(shè)置為:溫度100?180°C、時間15?300分鐘；
c.反應(yīng)體系靜置30分鐘以上，離心分離出上清液，即得復(fù)合納米點粗產(chǎn)物；
采用超濾或透析的方法對上述復(fù)合納米點粗產(chǎn)物進(jìn)行純化，獲得可用于光聲成像的復(fù)合納米點。
[0009]本發(fā)明所述開發(fā)新型復(fù)合納米點對發(fā)展醫(yī)用造影劑光聲造影劑、拓展光聲造影劑的制備工藝、為光聲成像在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的廣泛適用性具有重要意義。本發(fā)明采用的微波輻射制備水溶性多色碳納米點的方法，完全在水相中進(jìn)行，操作安全，快速簡便，毒性小，原料安全易得。經(jīng)過透析與超濾純化后所得的水溶性多色碳納米點有很好的單分散性，熒光性質(zhì)和量子產(chǎn)率高，穩(wěn)定性好，具有良好的水溶性，可以作為熒光標(biāo)記物廣泛用于生物檢測和分析。
[0010]本發(fā)明得到亞甲基藍(lán)負(fù)載的復(fù)合納米點在光聲成像方面的應(yīng)用。在光聲場中，MDAMB231裸鼠以異氟烷麻醉后經(jīng)尾靜脈注射150微升光聲復(fù)合碳納米點探針樣品，后在不同時間點對裸鼠進(jìn)行光聲成像，可發(fā)現(xiàn)復(fù)合碳納米點在腫瘤部位經(jīng)波長為640納米近紅外光激發(fā)產(chǎn)生光致聲波信號，顯示腫瘤血管及組織對復(fù)合碳納米點有濃集，且在注射6小時左右經(jīng)膀胱基本代謝完畢，探頭收集光聲信號重建圖像如圖4所示。結(jié)果表明:亞甲基藍(lán)負(fù)載的復(fù)合納米點可顯著提高小動物光聲成像的對比度與分辨率，從而預(yù)示在生物醫(yī)學(xué)影像等領(lǐng)域具有廣泛應(yīng)用前景。
[0011]下面結(jié)合說明書附圖和【具體實施方式】對本發(fā)明做進(jìn)一步介紹。
【附圖說明】
[0012]圖1為本發(fā)明的復(fù)合碳納米點的制備工藝流程圖；
圖2a -圖2c為本發(fā)明復(fù)合碳納米點的粒度分布和電位表征圖；
圖3a -圖3c為本發(fā)明復(fù)合碳納米點的激發(fā)波長為340?440納米(左側(cè))及激發(fā)波長為650納米(右側(cè))的熒光譜圖； 圖4為實施例1中復(fù)合碳納米點于小動物經(jīng)靜脈注射經(jīng)近紅外光激發(fā)產(chǎn)生光致聲波信號，探頭收集信號響應(yīng)重建圖像。
【具體實施方式】
[0013]下面通過實施例對本發(fā)明進(jìn)行具體的描述，只用于對本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步說明，不能理解為對本發(fā)明保護(hù)范圍的限定，該領(lǐng)域的技術(shù)工程師可根據(jù)上述發(fā)明的內(nèi)容對本發(fā)明作出一些非本質(zhì)的改進(jìn)和調(diào)整。
[0014]本發(fā)明所采用的制備原料均為商品獲得。
[0015]實施例1:取2毫升枸杞浸出液和2毫升亞甲基藍(lán)溶液(0.5毫克/毫升)混合，并用超純水稀釋1倍后制得前體溶液，將前體溶液投入5毫升微波反應(yīng)器專用玻璃瓶，并將其放置于微波反應(yīng)儀中，反應(yīng)條件設(shè)置為180攝氏度、30分鐘。反應(yīng)體系靜置50分鐘，離心，保留上層清液，超濾處理后得復(fù)合碳納米點。由動態(tài)光散射原理經(jīng)激光粒度儀測量，復(fù)合碳納米點粒徑為分布為179±77.1納米(圖2a左)，表面電位為0.85±5.29毫伏(圖2a右)；由熒光檢測儀測得復(fù)合碳納米點的熒光性質(zhì)(圖3a)。在光聲場中，MDA MB231裸鼠以異氟烷麻醉后經(jīng)尾靜脈注射150微升光聲復(fù)合碳納米點探針樣品，后在不同時間點對裸鼠進(jìn)行光聲成像，可發(fā)現(xiàn)復(fù)合碳納米點在腫瘤部位經(jīng)波長為640納米近紅外光激發(fā)產(chǎn)生光致聲波信號，顯示腫瘤血管及組織對復(fù)合碳納米點有濃集，且在注射6小時左右經(jīng)膀胱基本代謝完畢，探頭收集光聲信號重建圖像如圖4所示。結(jié)果表明:亞甲基藍(lán)負(fù)載的復(fù)合納米點可顯著提高小動物光聲成像的對比度與分辨率，從而預(yù)示在生物醫(yī)學(xué)影像等領(lǐng)域具有廣泛應(yīng)用前景。
[0016]實施例2:將1毫升豆?jié){和10毫升亞甲基藍(lán)溶液(0.5毫克/毫升)混合，并用超純水稀釋5倍后制得前體溶液，取5毫升前體溶液投入5毫升微波反應(yīng)器專用玻璃瓶，并將其放置于微波反應(yīng)儀中，反應(yīng)條件設(shè)置為100攝氏度、5小時。反應(yīng)光聲造影劑靜置1小時后離心，保留上層清液，透析后得復(fù)合碳納米點。由動態(tài)光散射原理經(jīng)激光粒度儀測量，亞甲基藍(lán)負(fù)載的復(fù)合碳納米點粒徑分布為191±107納米(圖2b左)，表面電位為-10.2±8.0毫伏(圖2b右)；由熒光檢測儀測得復(fù)合碳納米點的熒光性質(zhì)(圖3b)。
[0017]實施例3:將10毫升現(xiàn)磨牛奶和1毫升亞甲基藍(lán)溶液(0.5毫克/毫升)混合，并用超純水稀釋10倍后制得前體溶液，取5毫升前體溶液投入5毫升微波反應(yīng)器專用玻璃瓶，并將其放置于微波反應(yīng)儀中，反應(yīng)條件設(shè)置為160攝氏度、2小時。反應(yīng)光聲造影劑靜置1小時，離心保留上層清液，超濾處理后得復(fù)合碳納米點。由動態(tài)光散射原理經(jīng)激光粒度儀測量，亞甲基藍(lán)負(fù)載的復(fù)合碳納米點粒徑分布為264± 174納米(圖2c左)，表面電位為-2.42±6.67毫伏(圖2c右)；由熒光檢測儀測得復(fù)合碳納米點的熒光性質(zhì)(圖3c)。
【主權(quán)項】
1.一種應(yīng)用于光聲成像的復(fù)合碳納米點，其特征在于:其結(jié)構(gòu)為以碳納米點為主體組分，以亞甲基藍(lán)為負(fù)載配體。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的應(yīng)用于光聲成像的復(fù)合碳納米點，其特征在于:該復(fù)合納米點中碳納米點的碳源為枸杞浸出液、豆?jié){或食用牛奶中的任一種。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的應(yīng)用于光聲成像的復(fù)合碳納米點，其特征在于:該復(fù)合納米點的平均粒徑為150?300納米，平均電位為-15?5毫伏。4.一種如權(quán)利要求1所述的應(yīng)用于光聲成像的復(fù)合碳納米點的制備工藝，其特征在于包括以下步驟: a、、取上述碳源和0.5毫克/毫升亞甲基藍(lán)溶液，按體積比0.1:1?10:1混合，混合液用超純水稀釋1?10倍，制得前體溶液； b、將上述前體溶液放置微波反應(yīng)儀中，儀器參數(shù)設(shè)置為:溫度100?180°C、時間30?300分鐘； c、反應(yīng)體系靜置30分鐘以上，離心分離出上清液，即得復(fù)合納米點粗產(chǎn)物。5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的應(yīng)用于光聲成像的復(fù)合碳納米點的制備工藝，其特征在于:還采用透析的方法對復(fù)合納米點的粗產(chǎn)物進(jìn)行純化。6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的應(yīng)用于光聲成像的復(fù)合碳納米點的制備工藝，其特征在于:還采用超濾的方法對復(fù)合納米點的粗產(chǎn)物進(jìn)行純化。7.根據(jù)權(quán)利要求1-3任一項所述的應(yīng)用于光聲成像的復(fù)合碳納米點在光聲成像領(lǐng)域的運用。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種復(fù)合碳納米點的制備工藝，及其在光聲成像領(lǐng)域的運用，其中構(gòu)成主要組分為碳納米點這一生物相容性非常好的材料，負(fù)載組分為亞甲基藍(lán)，平均粒徑為150～300納米，平均電位為-15～5毫伏。本發(fā)明的制備工藝操作安全、快速簡便、成本低廉負(fù)載，易實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)，是一種制備復(fù)合碳納米點通用工藝。基于這一復(fù)合碳納米點具有良好的生物相容性和安全性，光聲成像靈敏度高，有望在生物醫(yī)學(xué)影像、靶向診斷與治療、藥物篩選與優(yōu)化、體內(nèi)標(biāo)記與示蹤等領(lǐng)域得到更廣泛的應(yīng)用，并在個性化醫(yī)療等方面具有潛在價值。
【IPC分類】A61K49/22
【公開號】CN105363044
【申請?zhí)枴緾N201510848102
【發(fā)明人】劉哲, 徐齊恩, 宋遠(yuǎn)會, 李宜鴻
【申請人】溫州生物材料與工程研究所
【公開日】2016年3月2日
【申請日】2015年11月27日