[发明专利]一种金纳米棒/聚乙二醇/碳点纳米杂化成像造影材料及其制备方法和应用

说明书

技术领域

本发明涉及生物成像技术领域。更具体地，涉及一种金纳米棒/聚乙二醇/碳点纳米杂化成像造影材料及其制备方法和应用。

背景技术

随着疾病诊断要求的提高，人们对于成像技术的分辨率、灵敏度、成像深度以及靶向效果提出了更高的要求。

荧光寿命(FLT)成像显微镜(FLIM)是一种在生物和生物医学领域有很高应用价值的光谱技术，可以用于定量分析测量细胞的微环境。与传统的基于荧光强度的成像技术不同，FLIM可获得较好的图像。因为荧光寿命是分子本身的特性，与荧光分子所处的微环境相关，但是与荧光团的浓度和激发光强度无关。有机染料和半导体量子点作为优异的荧光造影剂，可应用于FLIM成像领域，但仍存在一定的缺陷：有一定的细胞毒性，同时有着光漂白现象(Are quantum dots toxic？Exploring the discrepancy between cell culture and animal studies.Acc.Chem.Res.,2013,46,662-671)。与传统的荧光造影材料相比，碳点具有较低的生物毒性，不存在降解产生重金属污染的风险。另外，碳点具有良好的水溶性、较高的量子产率、优异的光/化学稳定性以及良好的生物相容性(Carbon“quantum”dots for optical bioimaging.J.Mater.Chem.B,2013,1,2116-2127)，可以作为FLIM成像的造影剂。

漫反射成像技术(DR)是一种基于研究反射光强度和辐照组织中光源和探测器距离的关系的简单、安全、容易应用到临床中的技术。漫反射成像系统通常采用近红外光作为光源，近红外光在生物组织中具有较好的穿透性，使得漫反射成像系统具有较好的成像深度。在漫反射成像系统中，金纳米棒由于其优异的光学散射、吸收性质，使之成为了漫反射成像体系中的优良的造影剂。但是，金纳米棒存在低荧光效率的问题，不能直接用于FLIM成像系统。

每一种模式都有各自的不足之处，如FLIM成像存在荧光信号被组织反射散射导致的成像深度不足的问题，DR成像成像范围较大的同时有着精度较差的问题。单一成像模式已经不能完全满足重大疾病诊断的要求。

因此，本发明提供了一种金纳米棒/聚乙二醇/碳点纳米杂化成像造影材料，将金纳米棒与碳点结合，综合了金纳米棒的光学特性和碳点的荧光性质以及低细胞毒性和良好的生物相容性，实现了多模态成像。

发明内容

本发明的一个目的在于提供一种金纳米棒/聚乙二醇/碳点纳米杂化成像造影材料。本发明结合了金纳米棒的光学特性与碳点的荧光性质以及低细胞毒性和良好的生物相容性，综合了FLIM和DR两种成像技术的优势，在利用金纳米棒提供组织内部(DR成像)的信息的同时，用碳点实现了组织表面(FLIM成像)的成像。

本发明的另一个目的在于提供一种金纳米棒/聚乙二醇/碳点纳米杂化成像造影材料的制备方法。本发明的制备方法包括聚乙二醇修饰金纳米棒以及碳点与金纳米棒/聚乙二醇的酰胺反应两个主要过程，无需高温高压、真空，在室温温和的条件下就能制备所述的金纳米棒/聚乙二醇/碳点的纳米杂化成像造影材料。

本发明的第三个目的在于提供一种金纳米棒/聚乙二醇/碳点纳米杂化成像造影材料的应用。

为达到上述第一个目的，本发明采用下述技术方案：

一种金纳米棒/聚乙二醇/碳点的纳米杂化成像造影材料，包括聚乙二醇、连接聚乙二醇一端的金纳米棒和通过酰胺反应连接聚乙二醇另一端的碳点。

优选地，所述聚乙二醇的分子量为400～10000，长度为4～45nm，适合于作为金纳米棒和碳点之间的连接剂，以控制金纳米棒和碳点之间的距离。本发明发现，当聚乙二醇分子量小于400时，聚乙二醇长度太小，导致碳点过于接近金纳米棒而荧光猝灭，对荧光寿命成像不利。当聚乙二醇分子量大于10000时，柔性的聚乙二醇分子过长，自身容易弯曲缠绕，一方面不容易控制碳点与金纳米棒的距离，另一方面会导致一端的羧基/氨基不容易与碳点进行接触反应。

优选地，所述聚乙二醇一端为巯基修饰，另一端为羧基/氨基修饰。

优选地，所述聚乙二醇与金纳米棒通过金-硫配位键连接，与碳点通过酰胺键连接。本发明发现，聚乙二醇的一端的巯基与金纳米棒形成金-硫配位键，另一端的羧基/氨基与碳点进行酰胺反应。通过酰胺反应，碳点与聚乙二醇之间形成了酰胺化学键，与物理吸附对比，具有更好的稳定性，在细胞内复杂的化学环境下更不容易分解。