應(yīng)用于光聲成像的復(fù)合碳納米點(diǎn)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(diǎn)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(hào)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(diǎn)，可以對(duì)深層組織進(jìn)行高分辨率、高對(duì)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(jí)衰減，因而對(duì)較深層的組織成像時(shí)分辨率較低。近來(lái)，光聲造影劑的研發(fā)得到越來(lái)越多的關(guān)注，通過(guò)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(duì)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(jiàn)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?cè)诠饴暢上耦I(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(diǎn)，其中亞甲基藍(lán)是被美國(guó)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(shí)現(xiàn)其臨床應(yīng)用。
[0004]碳納米點(diǎn)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(diǎn)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(diǎn)，碳納米點(diǎn)可以應(yīng)用于多個(gè)領(lǐng)域，諸如生物成像、光催化、檢測(cè)、激光、LED、能量?jī)?chǔ)存與轉(zhuǎn)變裝置等。近期在碳納米點(diǎn)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(guò)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(guò)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(diǎn)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(diǎn)也有報(bào)道。在這些方法中，微波合成法尤其突出，它具有啟動(dòng)敏捷、加熱易控制、加熱過(guò)程均勻等優(yōu)點(diǎn)。因此，以操作簡(jiǎn)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(diǎn)在光聲成像造影材料的開(kāi)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(gè)目的是為了克服現(xiàn)有技術(shù)存在的缺點(diǎn)和不足，而提供一種基于碳納米點(diǎn)的復(fù)合納米點(diǎn)，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(gè)性化醫(yī)療等方面具有潛在價(jià)值。
[0006]本發(fā)明的第二個(gè)目的在于提供一種操作安全、快速簡(jiǎn)便、成本低廉的一步法微波輻射制備水溶性多色碳納米點(diǎn)及對(duì)其高效分離純化的方法，使所得的多色碳納米點(diǎn)可以被用于負(fù)載亞甲基藍(lán)分子以實(shí)現(xiàn)高靈敏度的光聲成像。所提供的上述基于碳納米點(diǎn)的復(fù)合納米點(diǎn)制備與純化的工藝操作安全、快速簡(jiǎn)便、成本低廉，易實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)。
[0007]為實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的第一個(gè)目的，本發(fā)明力求構(gòu)建一種以碳納米點(diǎn)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(diǎn)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(shí)現(xiàn)發(fā)明的第二個(gè)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(shí)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(diǎn)粗產(chǎn)物；
采用超濾或透析的方法對(duì)上述復(fù)合納米點(diǎn)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(diǎn)。
[0009]本發(fā)明所述開(kāi)發(fā)新型復(fù)合納米點(diǎn)對(duì)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(diǎn)的方法，完全在水相中進(jìn)行，操作安全，快速簡(jiǎn)便，毒性小，原料安全易得。經(jīng)過(guò)透析與超濾純化后所得的水溶性多色碳納米點(diǎn)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(cè)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(diǎn)在光聲成像方面的應(yīng)用。在光聲場(chǎng)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(diǎn)探針樣品，后在不同時(shí)間點(diǎn)對(duì)裸鼠進(jìn)行光聲成像，可發(fā)現(xiàn)復(fù)合碳納米點(diǎn)在腫瘤部位經(jīng)波長(zhǎng)為640納米近紅外光激發(fā)產(chǎn)生光致聲波信號(hào)，顯示腫瘤血管及組織對(duì)復(fù)合碳納米點(diǎn)有濃集，且在注射6小時(shí)左右經(jīng)膀胱基本代謝完畢，探頭收集光聲信號(hào)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(diǎn)可顯著提高小動(dòng)物光聲成像的對(duì)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(shuō)明書(shū)附圖和【具體實(shí)施方式】對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步介紹。
【附圖說(shuō)明】
[0012]圖1為本發(fā)明的復(fù)合碳納米點(diǎn)的制備工藝流程圖；
圖2a -圖2c為本發(fā)明復(fù)合碳納米點(diǎn)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(diǎn)的激發(fā)波長(zhǎng)為340?440納米(左側(cè))及激發(fā)波長(zhǎng)為650納米(右側(cè))的熒光譜圖； 圖4為實(shí)施例1中復(fù)合碳納米點(diǎn)于小動(dòng)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(hào)，探頭收集信號(hào)響應(yīng)重建圖像。
【具體實(shí)施方式】
[0013]下面通過(guò)實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行具體的描述，只用于對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步說(shuō)明，不能理解為對(duì)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(duì)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(shí)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(diǎn)。由動(dòng)態(tài)光散射原理經(jīng)激光粒度儀測(cè)量，復(fù)合碳納米點(diǎn)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(cè)儀測(cè)得復(fù)合碳納米點(diǎn)的熒光性質(zhì)(圖3a)。在光聲場(chǎng)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(diǎn)探針樣品，后在不同時(shí)間點(diǎn)對(duì)裸鼠進(jìn)行光聲成像，可發(fā)現(xiàn)復(fù)合碳納米點(diǎn)在腫瘤部位經(jīng)波長(zhǎng)為640納米近紅外光激發(fā)產(chǎn)生光致聲波信號(hào)，顯示腫瘤血管及組織對(duì)復(fù)合碳納米點(diǎn)有濃集，且在注射6小時(shí)左右經(jīng)膀胱基本代謝完畢，探頭收集光聲信號(hào)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(diǎn)可顯著提高小動(dòng)物光聲成像的對(duì)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(shí)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(shí)。反應(yīng)光聲造影劑靜置1小時(shí)后離心，保留上層清液，透析后得復(fù)合碳納米點(diǎn)。由動(dòng)態(tài)光散射原理經(jīng)激光粒度儀測(cè)量，亞甲基藍(lán)負(fù)載的復(fù)合碳納米點(diǎn)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(cè)儀測(cè)得復(fù)合碳納米點(diǎn)的熒光性質(zhì)(圖3b)。
[0017]實(shí)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(shí)。反應(yīng)光聲造影劑靜置1小時(shí)，離心保留上層清液，超濾處理后得復(fù)合碳納米點(diǎn)。由動(dòng)態(tài)光散射原理經(jīng)激光粒度儀測(cè)量，亞甲基藍(lán)負(fù)載的復(fù)合碳納米點(diǎn)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(cè)儀測(cè)得復(fù)合碳納米點(diǎn)的熒光性質(zhì)(圖3c)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種應(yīng)用于光聲成像的復(fù)合碳納米點(diǎn)，其特征在于:其結(jié)構(gòu)為以碳納米點(diǎn)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(diǎn)，其特征在于:該復(fù)合納米點(diǎn)中碳納米點(diǎn)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(diǎn)，其特征在于:該復(fù)合納米點(diǎn)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(diǎn)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(shí)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(diǎn)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(diǎn)的制備工藝，其特征在于:還采用透析的方法對(duì)復(fù)合納米點(diǎn)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(diǎn)的制備工藝，其特征在于:還采用超濾的方法對(duì)復(fù)合納米點(diǎn)的粗產(chǎn)物進(jìn)行純化。7.根據(jù)權(quán)利要求1-3任一項(xiàng)所述的應(yīng)用于光聲成像的復(fù)合碳納米點(diǎn)在光聲成像領(lǐng)域的運(yùn)用。
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種復(fù)合碳納米點(diǎn)的制備工藝，及其在光聲成像領(lǐng)域的運(yùn)用，其中構(gòu)成主要組分為碳納米點(diǎn)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(jiǎn)便、成本低廉負(fù)載，易實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)，是一種制備復(fù)合碳納米點(diǎn)通用工藝。基于這一復(fù)合碳納米點(diǎn)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(gè)性化醫(yī)療等方面具有潛在價(jià)值。
【IPC分類】A61K49/22
【公開(kāi)號(hào)】CN105363044
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510848102
【發(fā)明人】劉哲, 徐齊恩, 宋遠(yuǎn)會(huì), 李宜鴻
【申請(qǐng)人】溫州生物材料與工程研究所
【公開(kāi)日】2016年3月2日
【申請(qǐng)日】2015年11月27日