一种卟啉荧光纳米探针及其制备方法和应用技术

本发明专利技术属于生物光子学技术领域，具体涉及一种卟啉荧光纳米探针及其制备方法和应用。所述制备方法包括以下步骤：(1)将吡咯和1-芘醛同时加入到丙酸中回流，反应结束后冷却至室温，过滤，用甲醇洗涤滤饼，干燥后得meso-四芘取代卟啉H2TPYRP；(2)将卟啉氯仿溶液、SDS去离子水溶液和去离子水加入玻璃瓶中，超声使其变成微乳液，然后置于水浴锅中加热搅拌使氯仿完全蒸发；先上述所得的H2TPYRP/SDS纳米球溶液离心后倒出上清液，再将其分散在PDDAC和NaCl溶液中，经超声后放置；然后将该溶液再次离心后倒出上清液，再将其分散在PSS和NaCl溶液中，经超声后放置；最后再次离心后将其分散在去离子水中。所述探针具有良好生物相容性和水分散性，被成功应用于癌细胞成像。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于生物光子学
，具体涉及一种卟啉荧光纳米探针及其制备方法和应用。
技术介绍
癌症是严重威胁人类生命和社会发展的重大疾病，癌症的预防和治疗是目前人类医学健康面临的最大挑战。癌症的早期发现是预防和治疗癌症的关键，研究表明若能早期发现和做出正确诊断，并采取相应的治疗措施，可极大提高治愈率和生存率。近年来，随着纳米科技的不断发展，纳米荧光探针已经被广泛应用于化学、生物学、医学等领域，尤其是肿瘤细胞的诊断、成像及治疗。有机染料是生物成像中最常用的荧光探针，然而大部分有机染料是疏水性且在生物环境内极易聚集而产生荧光淬灭的现象，稳定性很差。随着纳米技术的发展，出现了各种装载染料的纳米载体(比如各种硅纳米材料、脂质体、树状大分子、高分子胶束等)，通过载体的表面修饰解决染料水分散的生物相容性问题，增强染料的稳定性与抗光漂白能力。然而，整个体系中载体往往占较大比重，染料的装载率比较低，虽然可以减少聚集引起的荧光淬灭，获得高的荧光量子产率，然而染料的光吸收很少，而探针的亮度是量子产率与光吸收能力共同作用的结果。如果仅有高的量子产率，而很低的光吸收，探针的亮度也会很低。近年来，卟啉和卟啉衍生物在双光子光动力治疗和生物成像方面的应用引起了极大的研究兴趣。然而，许多卟啉和卟啉衍生物是不溶于水，这限制了它们在医学和生物学中的应用。因此，探索适当的策略，将拥有优秀性质的疏水性卟啉制备成具有优良的水分散性，良好的生物相容性和生物环境稳定性的荧光探针是极具意义的。通常的方法是通过化学合成的方法将亲水性基团例如胺、羧酸基、磺酸基和糖基等修饰到卟啉的周边位置。随着纳米技术的发展，制备有机分子的纳米材料受到广泛关注。目前，关于卟啉纳米结构的报道已经有很多，包括卟啉纳米球、纳米管、纳米线、纳米轮、纳米棒等，制备方法包括超声处理方法、离子自组装、再沉淀、蒸发、表面活性剂-自组装等。这些卟啉基纳米材料在催化、存储、光伏、场效应晶体管和传感器方面有着潜在的应用价值。但是这些卟啉基纳米材料并不适合于在生物学中的应用，不仅是因为这些卟啉基纳米材料容易在水溶液中聚集，也因为在制备过程中，卟啉纳米材料的尺寸难以控制。为了解决这些问题，已经有一些方法可以制备具有良好水分散性和生物环境稳定性的卟啉基纳米材料。如使用高分子材料作为卟啉的纳米载体(比如各种硅纳米材料、脂质体、树状大分子、高分子胶束等)，通过载体的表面修饰解决卟啉水分散的生物相容性的问题，增强染料的稳定性。然而，整个体系中载体往往占较大比重，染料的装载率比较低。因此，探索制备具有良好生物相容性和优良水分散性的卟啉荧光探针的方法是非常重要的。
技术实现思路
为解决现有技术中存在的上述问题，本专利技术提供一种卟啉荧光纳米探针及其制备方法和应用。一种卟啉荧光纳米探针的制备方法，包括以下步骤：(1)meso-四芘取代卟啉的制备将吡咯和1-芘醛同时加入到丙酸中回流，反应结束后冷却至室温，过滤，用甲醇洗涤滤饼，干燥后得meso-四芘取代卟啉H2TPYRP；反应方程式如下：(2)卟啉基荧光探针的制备(a)H2TPYRP/SDS纳米球溶液的制备采用改进的反胶束法制备表面活性剂十二烷基磺酸钠(SDS)稳定的纳米球，这些纳米球在水溶液中具有良好的稳定性和分散性。将卟啉氯仿溶液、SDS去离子水溶液和去离子水加入玻璃瓶中，超声使其变成微乳液，然后置于水浴锅中加热搅拌使氯仿完全蒸发；(b)H2TPYRP/SDS/PDDAC/PSS纳米球的制备为了降低SDS的生物毒性，采用layer-by-layer法在以上制备的纳米球上修饰聚电解质，从而得到具有良好分散性和生物相容性的卟啉纳米球。先将步骤(a)所得的H2TPYRP/SDS纳米球溶液离心后倒出上清液，再将其分散在PDDAC和NaCl溶液中，经超声后放置，由于静电作用，带负电的纳米球周围修饰上一层PDDAC(聚二甲基二烯丙基氯化铵)；然后将该溶液再次离心后倒出上清液，再将其分散在PSS和NaCl溶液中，经超声后放置，这时带正电的H2TPYRP/SDS/PDDAC卟啉球的外层又被修饰上一层PSS(聚苯乙烯磺酸钠)；最后再次离心后将其分散在去离子水中。步骤(1)中吡咯和1-芘醛的摩尔比为1:1。步骤(a)中卟啉氯仿溶液的浓度为10-3mol/L，SDS去离子水溶液的浓度为3×10-3mol/L，加入玻璃瓶中卟啉氯仿溶液、SDS去离子水溶液和去离子水的体积比为1:8-9:10。步骤(b)中H2TPYRP/SDS纳米球溶液、PDDAC、PSS的用量比为1mL:0.5-5mg:0.2-10mg。步骤(b)中均经超声5-15分钟后放置0.5-1.5小时。一种采用所述制备方法制得的卟啉荧光纳米探针。一种所述卟啉荧光纳米探针在细胞成像中的应用。本专利技术将疏水性卟啉设计成具有良好生物相容性和水分散性的卟啉纳米球，且为了显示方法的普遍性，使用疏水性卟啉为原料，用表面活性剂将其制备成稳定的在水中分散的纳米球，然后再在纳米球表面修饰上聚电解质来降低表面活性剂的毒性，提高纳米球的生物相容性，为了展示其在生物光子学方面的应用，这些卟啉纳米球被成功应用于癌细胞成像。所述方法显示了明显的灵活性，可以按照疏水材料的特点来选择表面活性剂和聚合电解质的种类，可扩大疏水卟啉在医学和生物学方面的应用。附图说明图1为H2TPYRP卟啉基荧光探针的制备路线图。图2为H2TPYRP纳米球的TEM图。图3为H2TPYRP/SDS/PDDAC/PSS纳米球的TEM图。图4为卟啉荧光纳米探针的紫外可见吸收谱。图5为卟啉荧光纳米探针的荧光光谱图(激发波长430nm)。图6为卟啉荧光探针和SKBR3细胞的共聚焦荧光图像(亮场图像)。具体实施方式以下结合附图和实施例对本专利技术作进一步解释：1、卟啉荧光纳米探针的制备：(1)meso-四芘取代卟啉的制备将吡咯(0.34g，5mmol)和1-芘醛(1.15g，5mmol)同时加入到60mL丙酸中回流，反应30分钟，然后冷却至室温。过滤，用甲醇洗涤滤饼，干燥后得meso-四芘取代卟啉(H2TPYRP)1.38克。产率：25％。(2)卟啉基荧光探针的制备(a)H2TPYRP/SDS纳米球的制备首先，配制10-3mol/L的卟啉氯仿溶液和3×10-3mol/L的SDS去离子水溶液备用。再将0.6mL卟啉溶液、5mLSDS溶液和6mL去离子水放入一个10mL的玻璃瓶中，超声5分钟，使其变成...

【技术保护点】
一种卟啉荧光纳米探针的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)meso‑四芘取代卟啉的制备将吡咯和1‑芘醛同时加入到丙酸中回流，反应结束后冷却至室温，过滤，用甲醇洗涤滤饼，干燥后得meso‑四芘取代卟啉H2TPYRP；(2)卟啉基荧光探针的制备(a)H2TPYRP/SDS纳米球溶液的制备将卟啉氯仿溶液、SDS去离子水溶液和去离子水加入玻璃瓶中，超声使其变成微乳液，然后置于水浴锅中加热搅拌使氯仿完全蒸发；(b)H2TPYRP/SDS/PDDAC/PSS纳米球的制备先将步骤(a)所得的H2TPYRP/SDS纳米球溶液离心后倒出上清液，再将其分散在PDDAC和NaCl溶液中，经超声后放置；然后将该溶液再次离心后倒出上清液，再将其分散在PSS和NaCl溶液中，经超声后放置；最后再次离心后将其分散在去离子水中。

【技术特征摘要】
1.一种卟啉荧光纳米探针的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)meso-四芘取代卟啉的制备
将吡咯和1-芘醛同时加入到丙酸中回流，反应结束后冷却至室温，过滤，用甲醇洗涤滤
饼，干燥后得meso-四芘取代卟啉H2TPYRP；
(2)卟啉基荧光探针的制备
(a)H2TPYRP/SDS纳米球溶液的制备
将卟啉氯仿溶液、SDS去离子水溶液和去离子水加入玻璃瓶中，超声使其变成微乳液，
然后置于水浴锅中加热搅拌使氯仿完全蒸发；
(b)H2TPYRP/SDS/PDDAC/PSS纳米球的制备
先将步骤(a)所得的H2TPYRP/SDS纳米球溶液离心后倒出上清液，再将其分散在PDDAC
和NaCl溶液中，经超声后放置；然后将该溶液再次离心后倒出上清液，再将其分散在PSS和
NaCl溶液中，经超声后放置；最后再次离心后将其分散在去离子水中。
2.根据权利要求1所述的卟啉荧...

【专利技术属性】
技术研发人员：盛宁，王静霞，王影影，韩丽娟，
申请(专利权)人：济宁学院，
类型：发明
国别省市：山东;37