一种正电性的基因载体功能的聚合物荧光碳量子点的制备方法及应用技术

一种正电性的基因载体功能的聚合物荧光碳量子点的制备方法及应用，涉及一种荧光碳量子点的制备方法及应用。是要解决现有半导体荧光纳米粒子存在重金属离子，量子产率不高荧光性质不稳定的问题。方法：一、向中加入有机酸和阳离子高分子聚合物，在室温下超声溶解，形成混合溶液；二、将混合溶液装入反应釜中，加热反应，混合溶液颜色变成黑褐色；三、向黑褐色溶液中加入2倍体积的水，离心除去固体，保留溶液；四、向溶液中加入去离子水，混合均匀后再次离心，去除固体；然渗析处理，最终得到聚合物碳量子点水溶液。该方法合成的聚合物荧光碳量子点具有优良的荧光稳定性，量子产率高，可达到60％以上。本发明专利技术用于制备聚合物荧光碳量子点。

Method for preparing cationic fluorescent carbon quantum dots with positive gene carrier function and application thereof

The invention relates to a method for preparing a fluorescent polymer carbon quantum dot with positive gene carrier function and an application thereof, and relates to a preparation method of fluorescent carbon quantum dots and an application thereof. The invention aims to solve the problems that the existing semiconductor fluorescent nanoparticles contain heavy metal ions, the quantum yield is not high, and the fluorescence property is unstable. Methods: first, to add organic acid and cationic polymer at room temperature, ultrasonic dissolving, forming a mixed solution; two, heating the mixed solution into a reaction kettle, the reaction mixture, color become dark brown to black brown; three, was added to 2 times the volume of water and centrifuged to remove solid solution is reserved four, to the solution; adding deionized water, mixing again after centrifugation, removal of solids; and dialysis treatment, finally get the polymer carbon quantum dots solution. The polymer fluorescent carbon quantum dots synthesized by this method have good fluorescence stability and high quantum yield, and can reach more than 60%. The invention is used for preparing polymer fluorescent carbon quantum dots.

【技术实现步骤摘要】
一种正电性的基因载体功能的聚合物荧光碳量子点的制备方法及应用
本专利技术涉及一种荧光碳量子点的制备方法及应用。
技术介绍
癌症，又称恶性肿瘤，是由控制细胞生长增殖机制失常而引起的疾病。癌症像幽灵一般死死地纠缠着人类，每年要吞噬数百万人的生命，致使人们"谈癌色变"。在欧美等发达国家，癌症为人类死因的第二位，在发展中国家亦位居第二位或第三位。癌症的多发性和危害性，使关于癌症治疗方法的研究一直成为一个全球性的热点问题。最近，基因疗法的提出，为癌症的治疗提供了一个根本性疗法。基因疗法是指利用分子生物学方法将正常基因或有治疗作用的基因通过一定方式导入人体癌变的细胞或组织中，达到纠正基因的缺陷或者治疗的作用，从而实现从根本上治疗癌症的一种现代生物医学新技术。而基因治疗中最重要的一个环节是选择适当的基因载体。基因治疗载体一般分为病毒性载体和非病毒性载体。目前在临床研究中广泛使用的病毒载体缺点是对外源基因的容纳量少(约为4.5–30kbp)、稳定性差、会引起免疫系统反应，此外在确保安全性上仍有些问题；目前非病毒性载体的研究越来越受到人们的重视。非病毒载体是新兴的基因转导系统，具有低毒、低免疫反应、外源基因整合几率低、无基因插入片断大小限制，以及使用简单、制备方便、便于保存和检验等优势。纳米粒子是粒径在纳米级别的一类微观材料，其粒径通常在0.1～100nm之间。当材料粒径小于100nm时，便会展现出与宏观材料不同的的特殊性质，如量子尺寸效应、高比表面积、极强的吸波性、奇特的光学性能等。随着纳米科学与技术的飞速发展，将荧光纳米粒子作为生物材料的研究是现阶段纳米科技研究中发展势头最迅速的领域之一，并在材料学、环境科学、生物医学等领域展现出非常重要的应用前景。近年来，半导体荧光纳米粒子以其优异的光学性能及小尺寸特性，使其在细胞成像、细胞标记、分析检测、医疗诊断等领域得到广泛应用。然而，研究发现量子点中的重金属离子，如Cd2+，在使用过程中会有一定的释放，造成环境污染，而且对细胞也有较强的毒性。因此，寻找一种新的生物与环境友好型荧光纳米材料显得尤为迫切。
技术实现思路
本专利技术是要解决现有半导体荧光纳米粒子存在重金属离子，量子产率不高荧光性质不稳定的问题，提供一种正电性的基因载体功能的聚合物荧光碳量子点的制备方法。本专利技术正电性的基因载体功能的聚合物荧光碳量子点的制备方法，包括以下步骤：一、向去离子水中加入有机酸和阳离子高分子聚合物，在室温下超声溶解，使二者充分溶解，形成均匀的混合溶液；其中有机酸和阳离子高分子聚合物的质量比为1:(1～5)，有机酸和去离子水的质量比为1:(10～20)；二、将步骤一得到的混合溶液装入反应釜中，在180～200℃条件下加热反应5～12h后，混合溶液颜色变成黑褐色；三、向步骤二得到的黑褐色溶液中加入2倍体积的去离子水，高速离心除去底层的固体，保留溶液；四、然后向步骤三得到溶液中加入2～3倍体积的去离子水，混合均匀后再次离心，去除固体，重复3～5次；然后使溶液通过渗析处理，除去未反应的小分子，最终得到聚合物碳量子点水溶液，避光保存。进一步的，所述有机酸分子为叶酸、乙二胺四乙酸、组氨酸、邻苯二甲酸或抗败血酸。进一步的，所述阳离子高分子聚合物为聚乙烯亚胺、脱乙酰壳多糖、聚乙烯基吡啶、聚(二甲氨基)乙基甲基丙烯酸酯、阳离子聚丙烯酰胺、聚二烯丙基二甲基氯化铵、聚脒或聚乙烯胺。进一步的，步骤一中所述超声功率为80～100W。进一步的，步骤三中离心的速度为3000转/分～18500转/分。进一步的，步骤四中的离心速度为3000转/分～18500转/分。上述方法制备的聚合物荧光碳量子点的应用在于聚合物荧光碳量子点作为基因载体，将基因转入细胞内进行转染和表达，具体方法如下：将聚合物碳量子点水溶液稀释至浓度为10～100mg/L，然后向聚合物碳量子点水溶液中加入DNA，形成碳量子点/DNA复合物，将得到的碳量子点/DNA复合物于细胞中进行共培养24小时。本专利技术的有益效果：1、合成聚合物碳量子点的原料来源广泛、廉价易得，聚合物碳量子点制备过程方法绿色环保，简单方便、可大量合成生产；2、该聚合物荧光碳量子点的尺寸均一，粒径分布在2～8nm之间，在水中均匀分散；3、合成的聚合物荧光碳量子点具有优良的荧光稳定性，量子产率高，可达到60％以上；阳离子高分子聚合物的加入使得碳量子点表面带正点性，有利于电子在碳量子点表面转移、传递，进而提高量子产率。有机酸分子的加入，使得碳量子点表面富含羧酸根基团和羟基基团，促使碳量子点在水中很好的分散，具有稳定的荧光性质。4、聚合物碳量子点表面富含正电荷，可以与基因通过库仑力复合形成聚合物荧光碳量子点/DNA复合体，这是其应用于基因载体的前提基础；5、荧光碳量子点生物毒性低，可实现细胞和组织的荧光成像，可以作为癌症治疗中的基因载体材料来使用。通过制备表面正电性的荧光碳量子点，以正电性的碳量子点作为基因的载体，通过电荷相互作用与带负电的DNA分子形成微观复合体，复合物通过内吞或内噬作用进入细胞，在细胞内紧密的复合物可以保护DNA免受核酸酶的降解。由于碳量子点自身的荧光性质可以实现对细胞进行靶向标记和成像，对基因转染、表达的过程进行示踪。基因通过碳量子的载体作用在细胞内得到高效的转染和表达，最终实现纠正基因缺陷和治疗的作用，从根本上达到治疗疾病的目的。附图说明图1为实施例1制备的聚合物荧光碳量子点的透射电子显微镜镜照片；图2为实施例1聚合物荧光碳量子点的红外(FT-IR)光谱；图3为实施例1合成的聚合物荧光碳量子点水溶液的表面Zeta电势图；图4为实施例1聚合物碳量子点的荧光激发和发射光谱；图5为实施例1中293T细胞的激光共聚焦荧光显微镜照片；图6为实施例1中HeLa细胞的激光共聚焦荧光显微镜照片。具体实施方式本专利技术技术方案不局限于以下所列举具体实施方式，还包括各具体实施方式间的任意组合。具体实施方式一：本实施方式正电性的基因载体功能的聚合物荧光碳量子点的制备方法，包括以下步骤：一、向去离子水中加入有机酸和阳离子高分子聚合物，在室温下超声溶解，形成均匀的混合溶液；其中有机酸和阳离子高分子聚合物的质量比为1:(1～5)，有机酸和去离子水的质量比为1:(10～20)；二、将步骤一得到的混合溶液装入反应釜中，在180～200℃条件下加热反应5～12h后，混合溶液颜色变成黑褐色；三、向步骤二得到的黑褐色溶液中加入2倍体积的去离子水，高速离心除去底层的固体，保留溶液；四、然后向步骤三得到溶液中加入2～3倍体积的去离子水，混合均匀后再次离心，去除固体，重复3～5次；然后使溶液通过渗析处理，除去未反应的小分子，最终得到聚合物碳量子点水溶液，避光保存。具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一不同的是：步骤一所述有机酸分子为叶酸、乙二胺四乙酸、组氨酸、邻苯二甲酸或抗败血酸。其它与具体实施方式一相同。具体实施方式三：本实施方式与具体实施方式一或二不同的是：步骤一所述阳离子高分子聚合物为聚乙烯亚胺、脱乙酰壳多糖、聚乙烯基吡啶、聚(二甲氨基)乙基甲基丙烯酸酯、阳离子聚丙烯酰胺、聚二烯丙基二甲基氯化铵、聚脒或聚乙烯胺。其它与具体实施方式一或二相同。具体实施方式四：本实施方式与具体实施方式一至三之一不同的是：步骤一中有机本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种正电性的基因载体功能的聚合物荧光碳量子点的制备方法，其特征在于该方法包括以下步骤：一、向去离子水中加入有机酸和阳离子高分子聚合物，在室温下超声溶解，形成均匀的混合溶液；其中有机酸和阳离子高分子聚合物的质量比为1:(1～5)，有机酸和去离子水的质量比为1:(10～20)；二、将步骤一得到的混合溶液装入反应釜中，在180～200℃条件下加热反应5～12h后，混合溶液颜色变成黑褐色；三、向步骤二得到的黑褐色溶液中加入2倍体积的去离子水，高速离心除去底层的固体，保留溶液；四、然后向步骤三得到溶液中加入2～3倍体积的去离子水，混合均匀后再次离心，去除固体，重复3～5次；然后使溶液通过渗析处理，除去未反应的小分子，最终得到聚合物碳量子点水溶液，避光保存。

【技术特征摘要】
1.一种正电性的基因载体功能的聚合物荧光碳量子点的制备方法，其特征在于该方法包括以下步骤：一、向去离子水中加入有机酸和阳离子高分子聚合物，在室温下超声溶解，形成均匀的混合溶液；其中有机酸和阳离子高分子聚合物的质量比为1:(1～5)，有机酸和去离子水的质量比为1:(10～20)；二、将步骤一得到的混合溶液装入反应釜中，在180～200℃条件下加热反应5～12h后，混合溶液颜色变成黑褐色；三、向步骤二得到的黑褐色溶液中加入2倍体积的去离子水，高速离心除去底层的固体，保留溶液；四、然后向步骤三得到溶液中加入2～3倍体积的去离子水，混合均匀后再次离心，去除固体，重复3～5次；然后使溶液通过渗析处理，除去未反应的小分子，最终得到聚合物碳量子点水溶液，避光保存。2.根据权利要求1所述的聚合物荧光碳量子点的制备方法，其特征在于步骤一所述有机酸分子为叶酸、乙二胺四乙酸、组氨酸、邻苯二甲酸或抗败血酸。3.根据权利要求1所述的聚合物荧光碳量子点的制备方法，其特征在于步骤一所述阳离子高分子聚合物为聚乙烯亚胺、脱乙酰壳多糖、聚乙烯基吡啶、聚(二甲氨基)乙基甲基丙烯酸酯、阳离子聚丙烯酰胺、聚二烯丙基二甲基氯化铵、聚脒或聚乙烯胺...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨旭东，王生旭，陈英楠，刘雪雁，苏春彦，贾菲，杨靖华，李贞玉，
申请(专利权)人：长春工业大学，
类型：发明
国别省市：吉林,22