作为组织可定位的生物传感器的近红外荧光单壁碳纳米管制造技术

用于检测分析物的纳米传感器可包含底物、光致发光纳米结构和与该光致发光纳米结构相互作用的聚合物。该纳米传感器可用于体内生物医学应用。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】优先权的要求本申请要求2013年9月16日提交的美国专利申请No.61/878,303的优先权，其以其整体引入作为参考。联邦资助的研究或开发本专利技术在政府支持下完成，批准号为国立卫生研究院授予的ES007020。政府对本专利技术具有某些权利。
本专利技术特征为涉及包括光致发光纳米结构的光学纳米传感器的系统和方法。
技术介绍
小分子可作为人体中的信号传递途径的细胞内信使。例如，一氧化氮(NO)可参与心血管和神经系统内的信号传递，且可用于人免疫应答系统。小分子检测传统上是较难的，且在低浓度变得更难。可用于检测这些物质的工具实例包括，例如，可见荧光探针、基于化学发光的装置、和X-射线光电子和电子顺磁共振(EPR)光谱。例如，在NO的情况下，一系列二氨基荧光素和金属–荧光团络合物已广泛用于检测细胞的NO。然而，这些方法可包括显著的限制。例如，二氨基荧光素通常间接检测分子(例如，通过氧化产物)。其它限制包括光漂白和缺少金属–荧光团络合物对生物组织的光学渗透。因此，设计相对小分子的生物检测的更稳健的流程仍然是研究的关注区域。纳米技术已产生多种新类别的生物传感器，但它们在体内应用的延伸仍受限制。
技术实现思路
通常，用于检测分析物的纳米传感器可包含设置在支持体上的基底水凝胶，设置在该基底水凝胶上的传感器水凝胶，嵌入该传感器水凝胶中的光致发光纳米结构，和与该光致发光纳米结构相互作用的聚合物。该分析物可具有小于100g/mol的分子量。例如，该分析物可为一氧化氮。分析物的浓度可小于1微摩尔浓度。纳米传感器的光致发光纳米结构可包括碳纳米管。该碳纳米管可为单壁碳纳米管。在一个实施方案中，该单壁碳纳米管可为半导体单壁碳纳米管。该光致发光纳米结构可在不存在分析物的情况下或在存在分析物的情况下发射近红外辐射。纳米传感器的聚合物可包括寡核苷酸或多核苷酸。在一个实施方案中，该寡核苷酸可包括ds(AAAT)7。在另一实施方案中，该聚合物可包括聚乙烯醇、聚(丙烯酸)、聚(环氧乙烷)、聚(乙烯基吡咯烷酮)、聚(烯丙基胺)、聚(2-乙烯基吡啶)或聚(马来酸)。在另一实施方案中，该聚合物可包括亲水性聚合物和寡核苷酸的共聚物，其中该亲水性聚合物可为聚(环氧乙烷)且该寡核苷酸可为ds(AAAT)7。该共聚物可由聚(环氧乙烷)和ds(AAAT)7形成。在一方面，检测受试者中分析物的方法可包括将传感器引入受试者，其中该传感器包含设置在支持体上的基底水凝胶、设置在该基底水凝胶上的传感器水凝胶、嵌入该传感器水凝胶中的光致发光纳米结构、与该光致发光纳米结构相互作用的聚合物；和监测在该受试者中从该传感器发出的辐射。在一个实施方案中，该检测分析物的方法进一步包括检测来自该光致发光纳米结构的光致发光。该传感器可通过将传感器注入受试者的组织而被引入受试者。在另一方面，制备用于检测分析物的传感器的方法可包括：在支持体上设置基底水凝胶；将源自传感器水凝胶前体组合物的传感器水凝胶浇在基底水凝胶上，其中该传感器水凝胶前体组合物包含在传感器水凝胶中的光致发光纳米结构和与该光致发光纳米结构相互作用的聚合物。在另一方面，用于检测分析物的纳米传感器可包括在液体介质中的光致发光纳米结构，和具有孔的壳体，其中该光致发光纳米结构被包含在壳体内且通过孔运输。在另一方面，检测受试者中分析物的方法可包括：将传感器引入受试者，其中该传感器包含液体介质中的光致发光纳米结构和具有孔的壳体，其中该光致发光纳米结构被包含在壳体内且通过孔运输；和监测在该受试者中从该传感器发出的辐射。根据以下描述、附图和权利要求，其它方面、实施方案和特征将是显而易见的。附图简述图1描绘了DNA包裹的SWNT复合物的表征和2Dλ成像分析。图1A显示具有d(AAAT)7的复合物和所包裹的(AAAT)7-SWNT和PEG-(AAAT)7-SWNT的化学组成。图1B-1C描绘了(AAAT)7-SWNT(红色)和PEG-(AAAT)7-SWNT(蓝色)传感器的淬灭活性，其通过暴露于RNS和ROS化合物(图1B)和NO(图1C)后起始荧光的淬灭百分比而定量。图1D为在尾静脉注射PEG-(AAAT)7-SWNT后切离的小鼠肝中(AAAT)7-SWNT的成像分析。图2A-2C描绘了聚乙二醇化对尾静脉注射的SWNT的作用。图2A描绘了在相继注射至左尾静脉和右尾静脉后保留在尾中的(AAAT)7-SWNT。图2B描绘了凝胶电泳数据，其显示与FBS混合的(AAAT)7-SWNT(红色)的电泳迁移率相对未通过添加FBS而改变的PEG-(AAAT)7-SWNT(蓝色)的电泳迁移率的差异。图2C描绘了在将PEG-(AAAT)7-SWNT注射至左尾静脉后的小鼠尾部。图3A-3G描绘了小鼠(具体品系129X1/SvJ)中PEG-(AAAT)7-SWNT的生物分布和生物相容性。数据获自在尾静脉注射PEG-(AAAT)7-SWNT后在不同时间点处死的小鼠。图3A为一组对照小鼠和接受PEG-(AAAT)7-SWNT的小鼠的肝组织切片的组织学图像(H&E染色)。图3B的表格表示在处死和切除后，血液、尾部(注射位点)、肺、肝、肾和尿液中SWNT的存在(+)或不存在(-)。图3C描绘了用于测定图3B中的SWNT定位的那些的代表性拉曼光谱。图3D为切除的肝的一系列图，其用2Dλ技术去卷积(deconvoluted)。图3E描绘了在尾静脉注射PEG-(AAAT)7-SWNT后在不同时间点切除的小鼠肝中SWNT荧光的定量。图3F描绘了图3E所示的小鼠肝中的SWNT荧光分布。图3G描绘了小鼠肝中PEG-(AAAT)7-SWNT浓度随时间的数学模型。图4A-4C描绘了由于炎症引起的体内传感器淬灭。图4A为一系列图像，描绘了在尾静脉注射PEG-(AAAT)7-SWNT后成像的发炎(RcsX处理的)和健康(对照)小鼠，其中它们的肝在处死后立即暴露。图4B描绘了SWNT荧光的定量。图4C描绘了图4A-4B所示的小鼠肝中的SWNT荧光分布。图5A-5F描绘了具有较宽的体内定位可能性和长期感测能力的另外的传感器构造。图5A-5B描绘了暴露于RNS和ROS化合物(图5A)和NO(图5B)后(AAAT)7-SWNT(红色)和藻酸盐-(AAAT)7-SWNT(绿色)传感器的淬灭活性。图5C为在植入两种藻酸盐-(AAAT)7-SWNT凝胶后，在第0天(紧接植入凝胶2后)和在第4天在荧光恢复后的小鼠图像。图5D为在皮下植入之前和在不同时间点的藻酸盐-(AAAT)7-SWNT凝胶的一系列图像。图5E描绘了显示SWNT信号长期一致性的测试小鼠之一的峰值SWNT荧光的定量。图5F为在皮下植入藻酸盐-(AAAT)7-SWNT后在三个不同时间点处死的小鼠的一系列组织图像(H&E染色)。图6描绘了一氧化氮检测极限。图7描绘了存在和不存在PEG缀合的情况下的(AAAT)7的凝胶电泳。图8为一系列图像，描绘了小鼠中PEG-(AAAT)7-SWNT的生物相容性。图9描绘了荧光强度和SWNT浓度之间的线性关系。图10为一系列图像，描绘了SJL小鼠组织中的炎症水平。图11描绘了植入后具有皮下凝胶的小鼠的荧光强度分布。图12描绘了具有其它凝胶组成的S本文档来自技高网...

【技术保护点】
用于检测分析物的纳米传感器，包括：设置在支持体上的基底水凝胶；设置在该基底水凝胶上的传感器水凝胶；嵌入该传感器水凝胶中的光致发光纳米结构；和与该光致发光纳米结构相互作用的聚合物。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2013.09.16 US 61/878,3031.用于检测分析物的纳米传感器，包括：设置在支持体上的基底水凝胶；设置在该基底水凝胶上的传感器水凝胶；嵌入该传感器水凝胶中的光致发光纳米结构；和与该光致发光纳米结构相互作用的聚合物。2.权利要求1的纳米传感器，其中所述分析物具有的分子量小于100g/mol。3.权利要求2的纳米传感器，其中该分析物为一氧化氮。4.权利要求1的纳米传感器，其中该光致发光纳米结构包括碳纳米管。5.权利要求4的纳米传感器，其中该碳纳米管为单壁碳纳米管。6.权利要求5的纳米传感器，其中该单壁碳纳米管为半导体单壁碳纳米管。7.权利要求1的纳米传感器，其中该聚合物包括寡核苷酸或多核苷酸。8.权利要求7的纳米传感器，其中该寡核苷酸包括ds(AAAT)7。9.权利要求1的纳米传感器，其中该光致发光纳米结构在不存在分析物的情况下发射近红外辐射。10.权利要求1的纳米传感器，其中该光致发光纳米结构在存在分析物的情况下发射近红外辐射。11.权利要求1的纳米传感器，其中该聚合物包括聚乙烯醇、聚(丙烯酸)、聚(环氧乙烷)、聚(乙烯基吡咯烷酮)、聚(烯丙基胺)、聚(2-乙烯基吡啶)或聚(马来酸)。12.权利要求1的纳米传感器，其中分析物的浓度小于1微摩尔浓度。13.权利要求1的纳米传感器，其中分析物和纳米传感器之间的相互作用包括分析物和光致发光纳米结构之间的相互作用。14.权利要求1的纳米传感器，其中该基底水凝胶包括藻酸盐水凝胶。15.权利要求1的纳米传感器，其中该传感器水凝胶包括藻酸盐水凝胶。16.权利要求1的纳米传感器，其中该聚合物包括亲水性聚合物和寡核苷酸的共聚物。17.权利要求16的纳米传感器，其中该亲水性聚合物为聚(环氧乙烷)。18.权利要求16的纳米传感器，其中该寡核苷酸为ds(AAAT)7。19.权利要求16的纳米传感器，其中该共聚物包含聚(环氧乙烷)和ds(AAAT)7。20.检测受试者中分析物的方法，包括：将传感器引入受试者，其中该传感器包含：设置在支持体上的基底水凝胶；设置在该基底水凝胶上的传感器水凝胶；嵌入该传感器水凝胶中的光致发光纳米结构；和与该光致发光纳米结构相互作用的聚合物；和监测在该受试者中从该传感器发出的辐射。21.权利要求20所述的方法，进一步包括检测从该光致发光纳米结构的光致发光。22.权利要求20所述的方法，其中引入该传感器包括将传感器注入受试者的组织中。23.权利要求20所述的方法，其中该基底水凝胶包括藻酸盐水凝胶。24.权利要求20所述的方法，其中该传感器水凝胶包括藻酸盐水凝胶。25.权利要求20所述的方法，其中所述分析物具有的分子量小于100g/mol。26.权利要求25所述的方法，其中该分析物为一氧化氮。27.权利要求20所述的方法，其中该光致发光纳米结构包括碳纳米管。28.权利要求27所述的方法，其中该碳纳米管为单壁碳纳米管。29.权利要求28所述的方法，其中该单壁碳纳米管为半导体单壁碳纳米管。30.权利要求20所述的方法，其中该聚合物包括寡核苷酸或多核苷酸。31.权利要求30所述的方法，其中该寡核苷酸包括ds(AAAT)7。32.权利要求20所述的方法，其中该聚合物包括聚乙烯醇、聚(丙烯酸)、聚(环氧乙烷)、聚(乙烯基吡咯烷酮)、聚(烯丙基胺)、聚(2-乙烯基吡啶)或聚(马来酸)。33.权利要求20所述的方法，其中该聚合物包括亲水性聚合物和寡核苷酸的共聚物。34.权利要求33所述的方法，其中该亲水性聚合物为聚(环氧乙烷)。35.权利要求33所述的方法，其中该寡核苷酸为ds(AAAT)7。36.权利要求33所述的方法，其中该共聚物包含聚(环氧乙烷)和ds(AAAT)7。37.权利要求20所述的方法，其中该光致发光纳米结构在不存在分析物的情况下发射...

【专利技术属性】
技术研发人员：NM艾弗森，MS斯特拉诺，NF鲁埃尔，TP麦克尼古拉斯，
申请(专利权)人：麻省理工学院，
类型：发明
国别省市：美国;US