一种荧光-MRI双模态影像探针的制备方法及其应用技术

本发明专利技术提供一种荧光-MRI双模态影像探针的制备方法及其应用，具体涉及一种荧光纳米粒子与顺磁性造影剂相结合的双模态影像探针及其制备方法，属于功能材料领域。本发明专利技术方法的主要过程是：以氨基化合物为表面钝化剂，钆基络合物为碳源材料，通过一步成型法，经透析和冷冻干燥除去残余物和水分，获得荧光-MRI双模态钆掺杂型碳量子点。本方法具有工艺简单、成本低廉、易于大规模生产的特点。本方法制备的钆掺杂型碳量子点具有较强荧光性能、较高强弛豫效率以及良好的生物相容性等优异特性，且成功应用于体外活细胞荧光成像与体内核磁共振成像。本发明专利技术合成的钆掺杂型碳量子点在生物医学领域将具有广阔的应用前景。

【技术实现步骤摘要】
一种荧光-MRI双模态影像探针的制备方法及其应用
本专利技术涉及一种荧光-MRI双模态影像探针的制备方法及其应用，具体涉及一步法制备的荧光-MRI双模态钆掺杂碳量子点及其在生物医学成像中应用，属于纳米材料与医学工程领域。
技术介绍
磁共振成像(Magneticresonanceimaging，MRI)是一种无损伤和无电离辐射的非侵入式影像学检查方法，是目前疾病诊疗和指导外科手术最为成熟，也是最为有效的方法之一。但由于灵敏度较低，在临床MRI诊断过程中往往需要MRI增强剂（造影剂）来提高病灶组织生理和解剖组织的成像效果。这些造影剂通常利用顺磁性物质影响体内局部组织中水分子的弛豫时间，改变信号强度，与周围组织形成对比而产生造影作用。目前，临床使用MRI造影剂主要是小分子量的钆螯合造影剂，如Gd-DTPA，Gd-TOPA等。但由于体内滞留时间短，肝肾毒副作用等严重影响其临床应用。因此，开发新型的具有高效性和生物亲和性的核磁共振造影剂是目前MRI分子影像探针的研究热点。一系列以纳米颗粒、脂质体、胶素等位载体的分子影像探针被广泛报道。量子点(quantumdots，QDs)亦称半导体纳米晶体，指直径在1-10nm、由少量原子构成的半导体纳米荧光颗粒。因此其内部电子在各方向上的运动都受到局限，能量在三个方向上都是量子化的，量子局限效应（quantumconfinement）特别显著。由于量子点的吸收光谱宽而连续，而发射光谱则窄而对称，所以可以通过调节量子点的组成和大小达到光学性质可调性。这种独特的光学性能和易于表面功能化修饰，使得量子点被广泛应用于生物成像、细胞标记和DNA检测等生物医学领域。碳量子点（carbondots，CDs）作为纳米荧光材料家族中的新秀，不仅具备类似于半导体量子点优异的光学性质，而且具有合成方便、原料丰富、良好的生物相容性等特点，具备符合在生物标记和生物医学成像中所需要的优良特性。因此，本专利技术以碳量子点为纳米载体荷载顺磁性钆，不仅降低传统造影剂因钆泄露导致的毒副作用，延长体内滞留时间，而且可以通过增加钆基荷载量和流体力学半径提高其弛豫效率。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种具有光学与磁学双重功能的荧光-MRI双模态影像探针，本专利技术提供的荧光-MRI双模态影像探针即是钆掺杂型碳量子点，具有优异的光学特性，可用于体外细胞水平的荧光分析与检测；同时还具有较强的顺磁性质，可用于体内的核磁造影成像。本专利技术的另一目的是提供一种荧光-MRI双模态影像探针的制备方法，该方法制备工艺简单，所制备的探针生物相容性良好、具有较高荧光性能和弛豫效率双模态。本专利技术采用一步成型法，通过微波处理，碳量子点的成型、钆掺杂与表面钝化可同时完成。本专利技术所述的一步法制备的荧光-MRI双模态影像探针通过以下技术方案予以实现：（1）一定质量的氨基化合物和钆基络合物溶解在双蒸水中，室温条件下磁力搅拌，使其充分分散溶解，获得均匀的透明溶液。（2）将上述透明溶液放入微波炉中高温加热处理，冷却后经离心去除大颗粒沉淀。（3）收集上清液装入透析袋（MWCO：2000）内进行透析。（4）将透析产物进行冷冻干燥至粉末状，即获得钆掺杂碳量子点（Gd-dopedCDs）。其中步骤（1）中所述的氨基化合物和钆基络合物的投料质量比为1：1～10；所述的氨基化合物为甘氨酸；所述的钆基络合物为钆喷酸。其中步骤（2）中所述的高温加热处理时间为1-15min；所述的离心为12000g离心30分钟。其中步骤（3）中所述的透析时间为72h，每间隔12h换一次水。其中步骤（4）中所述的冷冻干燥的温度为-50℃。本专利技术的优点在于：（1）选用成本低廉、生物毒性小和环境友好型的甘氨酸和钆喷酸葡胺为前驱物。（2）反应设备简单，操作简便，绿色环保，产物不需要进一步纯化，适合大规模工业生产。（3）本专利技术制备的钆掺杂型碳量子点具有荧光和顺磁双重功能。钆掺杂型碳量子点不仅具有优异的光学特性，可用于体外细胞及亚细胞水平的荧光成像与标记检测，而且具有较强的顺磁性质，可用于体内精准病灶组织的核磁共振成像。（4）本专利技术制备的钆掺杂型碳量子点具有良好的生物相容性和较长的半衰期。作为非离子型造影剂，钆掺杂型碳量子点纳米颗粒的高度稳定性保护了掺杂顺磁物质钆，使之免受体内代谢物质的进攻和防止了泄漏，从而显著提高其安全性。另一方面，碳量子点纳米颗粒在体内循环滞留时间较长，可提高核磁共振信号的半衰期。（5）本专利技术制备的钆掺杂型碳量子点具有较高的弛豫效率。相对于钆基络合物，碳量子点纳米颗粒可荷载更多的顺磁物质钆，且具有较大的流体力学半径，可显著缩短周围水分子的纵向弛豫时间T1，提高弛豫效率。附图说明图1.Gd-dopedCDs物理形貌特征的表征。Gd-dopedCDs在低倍镜（A）和高倍镜（B）下的扫描电镜图。图2.Gd-dopedCDs光学性质的表征。A.Gd-dopedCDs的紫外吸收光谱。右上插图为Gd-dopedCDs水溶液在365nm紫外灯照射下的荧光图片；B.Gd-dopedCDs的荧光光谱图（从340nm到400nm）。图3.Gd-dopedCDs的A光电子能谱(XPS)和B傅里叶红外光（FTIR）谱图。图4.Gd-dopedCDs的弛豫效率。Gd-dopedCDs（上排）和Gd-DTPA（下排）水溶液核磁成像图。图5.Gd-dopedCDs造影剂的小鼠核磁共振成像图（尾静脉注射）。具体实施方式本专利技术是采用甘氨酸和钆喷酸葡胺为前驱物，通过微波辅助水热合成方法，实现快速大量地制备钆掺杂型碳量子点。下面结合具体实施例进一步说明本专利技术的技术路线。实施例1：将1g甘氨酸和1g钆喷酸葡胺溶解在20mL双蒸水中，室温条件下磁力搅拌，使其充分溶解获得均匀透明的溶液。将上述溶液加入到家用微波炉（功率；700W）高温加热1分钟，待溶液自然冷却后，用中速滤纸过滤去除不溶性黑色沉淀，12000g离心30分钟除去大颗粒，收集上清液注入到分子截留量为2000Da的透析袋内进行透析，透析时间为72h，每间隔12h换一次水。将透析产物进行旋转蒸发，得到浓缩溶液。将浓缩溶液在-50℃条件下进行冷冻干燥至粉末状，获得钆掺杂型碳量子点。实施例2：将1g甘氨酸和2g钆喷酸葡胺溶解在20mL双蒸水中，室温条件下磁力搅拌，使其充分溶解获得均匀透明的溶液。将上述溶液加入到家用微波炉（功率；700W）高温加热4分钟，待溶液自然冷却后，用中速滤纸过滤去除不溶性黑色沉淀，12000g离心30分钟除去大颗粒，收集上清液注入到分子截留量为2000Da的透析袋内进行透析，透析时间为72h，每间隔12h换一次水。将透析产物进行旋转蒸发，得到浓缩溶液。将浓缩溶液在-50℃条件下进行冷冻干燥至粉末状，获得钆掺杂型碳量子点（产率是0.82%）。实施例3：将1g甘氨酸和3g钆喷酸葡胺溶解在20mL双蒸水中，室温条件下磁力搅拌，使其充分溶解获得均匀透明的溶液。将上述溶液加入到家用微波炉（功率；700W）高温加热6分钟，待溶液自然冷却后，用中速滤纸过滤去除不溶性黑色沉淀，12000g离心30分钟除去大颗粒，收集上清液注入到分子截留量为2000Da的透析袋内进行透析，透析时间为72h，每间隔12h换一次水。将透析产物进行旋转蒸发，得到浓缩溶液。将浓缩溶本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种荧光‑MRI双模态影像探针，其特征在于，所述探针具有光学与磁学双重功能，具有较高荧光性能和弛豫效率双模态。

【技术特征摘要】
1.一种荧光-MRI双模态影像探针的制备方法，其特征在于，按照以下步骤进行：（1）一定质量的氨基化合物和钆基络合物溶解在双蒸水中，室温条件下磁力搅拌，使其充分分散溶解，获得均匀的透明溶液；（2）将上述透明溶液放入微波炉中高温加热处理，冷却后经离心去除大颗粒沉淀；（3）收集上清液装入MWCO为2000得透析袋内进行透析；（4）将透析产物进行冷冻干燥至粉末状，即获得钆掺杂碳量子点，记为Gd-dopedCDs；步骤（1）中所述的氨基化合物和钆基络合物的投料质量比为1：1～10；所述的氨基化合物为甘氨酸；所述的钆基络合物为钆喷酸；步骤（2）中...

【专利技术属性】
技术研发人员：杜凤移，张丽，张礼荣，张苗苗，华晔，龚爱华，邵启祥，
申请(专利权)人：江苏大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32