[发明专利]利用3C-SiC纳米颗粒光致发光谱测量细胞内pH的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种简单、方便的利用3C-SiC纳米颗粒光致发光信号测量细胞内pH值的方法，测量精度高，无毒并可用于长时间测量。

背景技术

碳化硅是第一元素半导体材料(Si)和第二代化合物半导体材料GaAs、GaP、和InP之后发展起来的第三代宽带隙半导体材料。3C-SiC具有较大的带隙宽度(2.24eV)而且具有高临界击穿电场、高热导率、高载流子漂移速度等特点，在高温、高频、大功率、光电子和抗辐射等方面具有巨大的应用潜力。用碳化硅代替硅，制备光电器件与集成电路，可为军用电子系统和武器装备性能的提高，以及抗恶劣环境的电子设备提供新型器件。同时，碳化硅具有很好的生物相容性，并且SiC的密度较小，化学稳定性较好，所以碳化硅纳米颗粒在生物医学领域得到广泛应用，如可以用作发光生物标签等，临床医学上很早之前就已经开始使用碳化硅作为血管支架应用于冠状血管清理手术。

碳化硅纳米颗粒可以通过两种方法制备。第一种方法是通过各种化学反应生成碳化硅纳米颗粒，比如碳离子注入硅片[L.S.Liao，X.M.Bao，Z.F.Yang，and N.B.Min，Appl.Phys.Lett.66，2382(1995)]，碳离子和硅离子共溅射二氧化硅薄膜[J.Zhao，D.S.Mao，Z.X.Lin，B.Y.Jiang，Y.H.Yu，X.H.Liu，H.Z.Wang，and G.Q.Yang，Appl.Phys.Lett.73，1838(1998)]，C₆₀偶联多孔硅[X.L.Wu，G.G.Siu，M.J.Stokes，D.L.Fan，Y.Gu，and X.M.Bao，Appl.Phys.Lett.77，1292(2000)]等制备方法。第二种方法是电化学腐蚀法，即用电化学法方法，腐蚀3C-SiC多晶片，再经超声振荡，得到悬浮于溶液的碳化硅纳米颗粒，能稳定发射强度较高的蓝光[X.L.Wu，J.Y.Fan，T.Qiu，X.Yang，G.G.Siu，and P.K.Chu，Phys.Rev.Lett.94，026102(2005)]。第三种是使用化学腐蚀法，在氢氟酸和硝酸混合液中加热直接腐蚀碳化硅颗粒，腐蚀后产物在水溶液中过滤再超声振荡得到悬浮于溶液中的碳化硅纳米颗粒[J.Zhu，Z.Liu，X.L.Wu，L.L.Xu，W.C.Zhang and Paul K Chu，Nanotech.18，365603(2007)]。

细胞内的pH值几乎可以影响细胞内所有重大的化学反应，包括细胞生产和衰老、细胞膜的离子输运、细胞内酶活性以及细胞吞噬等。所以细胞内pH值的测量对于生物学有重要价值。传统的测量手段是使用一系列有机荧光染料(如1，4-DHPN、HPTS、BCECF、BCPCF等)，利用这些染料的发光强度来标定细胞内pH值。但是有机物在细胞内容易被酶分解从而被漂白，使得它们不能用于长时间的pH测量。另外，有些有机物会同细胞内的蛋白质特异性结合，使得蛋白质失活从而引起细胞毒性。

发明内容

本发明的目的在于克服有机荧光染料用于测量细胞内pH值的缺陷，首次提出一种简单、廉价的应用无机3C-SiC纳米颗粒测量细胞内pH值的方法。尤其是提出了应用无机纳米材料测量细胞内pH值的方法，并在巨噬细胞、K562白血病细胞和仓鼠卵巢细胞中进行细胞内pH测量实验，结果与用有机荧光染料测量出的细胞内pH值结论相符。

本发明的技术方案是：利用3C-SiC纳米颗粒光致发光谱测量细胞内pH的方法，应用化学腐蚀方法制备3C-SiC纳米颗粒，将所述3C-SiC纳米颗粒加入细胞培养液中，逐渐改变培养液pH值同时在360nm波长的激发光源下测量溶液光致发光谱，将发光谱分解可得到带带复合的发光峰和表面H⁺和OH^-离子键合的发光峰，两峰强度比与pH值在5.6-7.4范围内呈线性关系。发光谱线中可以得到3C-SiC由表面OH^-和H⁺离子引起的表面态510nm发光峰同带带复合450nm发光峰的强度比值。应用此线性关系在巨噬细胞、K562白血病细胞和仓鼠卵巢细胞中进行细胞内pH测量实验，结果与已知结论相符。将含3C-SiC纳米颗粒的培养液用于细胞培养，培养之后将原细胞培养液加入新鲜不含3C-SiC的培养液，测量此溶液光致发光，得到的发光峰强度比值代入线性关系即可得到细胞内pH值。含3C-SiC纳米颗粒的培养液的的浓度：一般0.5-2g的3C-SiC纳米颗粒/10ml细胞培养液。