一种线粒体靶向荧光碳点及其制备方法和应用技术

本发明专利技术公开了一种线粒体靶向荧光碳点及其制备方法和应用，所述荧光碳点主要是由以下重量份比例的原料制成：壳聚糖1–20份、乙二胺1–10份和和巯基丁二酸1–10份。并且以壳聚糖、乙二胺和巯基丁二酸为原料，采用水热法一步制得了具有优异荧光性质的碳点。相对于现有技术，该碳点不但能够实现对哺乳动物细胞线粒体的快速、免清洗、长时间、光稳定(抗漂白)成像，还可作为载体将抗癌药物定向输送至线粒体，从而实现基于线粒体的肿瘤靶向治疗。此外，该碳点还具有制备成本低、水分散性好、细胞毒性低等优点，有望取代目前广泛使用的商品化线粒体荧光探针。

【技术实现步骤摘要】
一种线粒体靶向荧光碳点及其制备方法和应用
本专利技术公开了一种线粒体靶向荧光碳点及其制备方法和应用，属于生物纳米材料

技术介绍
无论是在哺乳动物正常细胞或者是病变细胞中，线粒体都以其独特的作用而深刻影响着细胞的生命活动，如ATP的产生与细胞供能、细胞内部的钙离子信号和自由基的产生、细胞凋亡的调控以及维持细胞内部环境的稳态等。由于线粒体对细胞新陈代谢有着重要的意义，线粒体的功能异常与糖尿病、肿瘤、帕金森氏症和阿尔兹海默病等疾病的发生发展密切相关。因此对线粒体的数量、形貌等的观察和研究对于探知细胞的状态和生命活动至关重要。此外，由于线粒体对活性氧和热的敏感性，线粒体也成为了癌症光动力学治疗和光热治疗的重要靶标。另一方面，荧光染色法是实现线粒体成像的最主要方法，因此开发出相应的线粒体荧光探针是目前的研究热点。现在商品化的线粒体荧光探针主要包括罗丹明123、具有线粒靶向性质的绿色荧光蛋白(mito-GFP)和MitoTracker系列染料。这些染料因为其高度特异的线粒体靶向特性以及可产生较强荧光信号而饱受青睐，但是它们也存在着许多缺点如合成复杂、价格昂贵、水溶性较差且光稳定性差等，从而在一定程度上限制了它们的应用。与此同时，定位于线粒体的靶向癌症治疗是目前治疗癌症的新思路。这是因为针对线粒体的药物能够有效破坏对于细胞生命活动极其重要的线粒体从而提高药物杀死癌细胞的效率。发展线粒体靶向药物，最常用的方法是利用线粒体靶向配体如三苯基膦(TPP)对药物进行共价修饰，从而赋予药物线粒体靶向的能力。但是，由于该配体毒性较大，且其本身不具备荧光性质，因此在修饰的过程通常还须引入其他的荧光分子才能实现对药物的荧光示踪，但引入的其他分子会降低修饰后药物的线粒体靶向性。这些缺点也成为了该配体用于实现药物线粒体靶向输运的瓶颈。综合所述，开发出一种同时具备荧光探针和药物载体双重功能的线粒体靶向分子或纳米颗粒的重要性不言而喻。
技术实现思路
专利技术目的：针对上述技术问题，本专利技术提供了一种荧光碳点，以及利用多胺基化合物和多羧基化合物，并借助水热合成法，制备该荧光碳点的方法；以及所述荧光碳点在线粒体成像和线粒体靶向载药性能方面的应用。技术方案：本专利技术提供了一种线粒体靶向荧光碳点，其主要是由以下重量份比例的原料制成：壳聚糖1–20份、乙二胺1–10份和和巯基丁二酸1–10份。优选，所述的线粒体靶向荧光碳点主要是由以下重量份比例的原料制成：壳聚糖1份、乙二胺1–10份和和巯基丁二酸1–10份。优选，所述的线粒体靶向荧光碳点主要是由以下重量份比例的原料制成：壳聚糖20份、乙二胺1–10份和和巯基丁二酸1–10份。优选，所述壳聚糖分子量在10kDa-1000kDa。本专利技术还提供了所述线粒体靶向荧光碳点制备方法，包括以下步骤：将壳聚糖、乙二胺和和巯基丁二酸制成混合液，然后水热条件下反应一定时间，降温，过滤或离心即得所述靶向荧光碳点的溶液。优选，包括以下步骤：(1)称取壳聚糖、乙二胺和和巯基丁二酸，其中壳聚糖在稀盐酸溶液中加热溶解，而后将乙二胺与巯基丁二酸加入至壳聚糖溶液中混匀，并将混合液加入到水热反应釜中；(2)在水热反应釜中以160–200℃反应12–48h，降至室温后，过滤或离心即得所述靶向荧光碳点的溶液。本专利技术还提供了所述的线粒体靶向荧光碳点在作为线粒体荧光探针中的应用，以及所述线粒体靶向荧光碳点在作为线粒体靶向抗癌药物载体中的应用。碳点由于其制备简单、具有荧光发光能力、尺寸小、水溶性好以及生物毒性低的性质而被广泛应用于许多领域，如生物成像、生物监测和药物载体等。本专利技术制备的碳点，首次实现了对哺乳动物细胞的线粒体成像的能力，且其抗光漂白的能力远高于常规的有机分子染料。相较于商品化的线粒体成像试剂，我们合成的碳点由于制备简单、水溶性好、安全性好、成本低廉，更加能够推广使用，并有望取代商品化的线粒体荧光探针。同时，由于碳点表面存在着包括氨基、羧基、巯基以及羟基等功能基团，该碳点可以通过物理或化学作用有效负载抗癌药物，实现定位于线粒体的靶向药物治疗。本专利技术将拓展荧光碳点在生物医学领域的应用。本专利技术首次以壳聚糖、乙二胺和巯基丁二酸的混合物为碳源，利用水热合成法一步制得成本低、水溶性好、生物毒性低并具有线粒体荧光成像和线粒体靶向载药功能的新型荧光碳点。以溶解于0.1M硫酸中的硫酸奎宁溶液(量子产率为54％)作为标准品进行相对量子产率测试，我们发现该碳点荧光量子产率为12％，并且在不同激发波长下能够分别发出蓝色、绿色和红色的荧光。制备得到的碳点还具备对哺乳动物细胞的线粒体成像的能力，其抗光漂白的能力远高于常规的有机分子染料。同时，由于碳点表面存在着包括氨基、羧基、巯基以及羟基等功能基团，可通过物理或化学作用负载药物，实现基于线粒体靶向的药物输运，这将进一步拓宽碳点在生物医学领域的应用。技术效果：相对于现有技术，本专利技术具有以下优势：(1)优异的线粒体靶向成像性能：其对哺乳动物细胞线粒体的靶向成像具有普适性，在100μg/mL的浓度下便可实现对包括以肺细胞(ATII)与肝细胞(L02)为代表的正常组织细胞和以巨噬细胞(Raw264.7)为代表的人体免疫细胞以及以乳腺癌细胞(MCF-7)、肝癌细胞(HepG2)和宫颈癌细胞(HeLa)为代表的癌细胞的线粒体成像，同时其成像可实现免清洗，为荧光成像操作带来巨大的简便；(2)优异的线粒体靶向载药功能：通过共价作用，可连接抗癌药物，所得到的碳点-药物复合体仍然保持碳点本身的线粒体靶向性质，从而可以实现定位于线粒体的癌症治疗并因此可极大地提高药物的抗癌疗效。(3)优异的荧光性质：所制得的碳点荧光强度大，荧光激发光谱和发射光谱分布均很广，从而极大地拓宽了其对哺乳动物细胞线粒体成像检测的应用范围。在作为药物载体时，碳点本身的荧光可赋予药物分子荧光示踪的特性，为研究药物的定位机制提供了可能；(4)优异的抗光漂白能力：该碳点在激光照射下不易被光漂白，其光稳定性远高于常规的有机染料分子如罗丹明123以及MitoTracker系列染料等，因此可以实现长时间连续成像观察；(5)较高的生物相容性：经细胞毒性评价实验，该荧光碳点在0.5mg/mL的浓度时，对正常肺细胞和乳腺癌细胞的毒性依旧很低，均保持着80％左右及以上的存活率，即碳点本身的性质并不会对细胞造成很强的毒害，表现出很好的生物相容性；(6)良好的水分散性和稳定性。所制得的荧光碳点具有很好的水分散性和稳定性，适合在含水的生物体系中的线粒体成像以及线粒体靶向载药的应用。(7)本专利技术制备方法简单、原料价廉易得、可实现大量制备。附图说明图1为利用壳聚糖、乙二胺、巯基丁二酸的混合物制备荧光碳点的合成示意图；图2为本专利技术制得的荧光碳点的透射电子显微镜(TEM)图；图3为本专利技术制得的荧光碳点的紫外-可见吸收光谱图；图4为本专利技术制得的荧光碳点的荧光发射光谱图；图5为本专利技术制得的荧光碳点对于MCF-7成像效果图；图6为本专利技术得的荧光碳点对于不同细胞线粒体成像效果图；图7为本专利技术制得的荧光碳点对于不同细胞的毒性评价结果图；图8为本专利技术制得的荧光碳点连接光敏剂孟加拉玫瑰红(RB)后所得物质(CDs-RB)透射电子显微镜图；图9为本专利技术制得的荧光碳点连接光敏剂孟加拉玫瑰红(RB)后所本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种线粒体靶向荧光碳点，其特征在于，其主要是由以下重量份比例的原料制成：壳聚糖1–20份、乙二胺1–10份和巯基丁二酸1–10份。

【技术特征摘要】
1.一种线粒体靶向荧光碳点，其特征在于，其主要是由以下重量份比例的原料制成：壳聚糖1–20份、乙二胺1–10份和巯基丁二酸1–10份。2.根据权利要求1所述的线粒体靶向荧光碳点，其特征在于，其主要是由以下重量份比例的原料制成：壳聚糖1份、乙二胺1–10份和巯基丁二酸1–10份。3.根据权利要求1所述的线粒体靶向荧光碳点，其特征在于，其主要是由以下重量份比例的原料制成：壳聚糖20份、乙二胺1–10份和巯基丁二酸1–10份。4.根据权利要求1所述的线粒体靶向荧光碳点，其特征在于，所述壳聚糖分子量在10kDa-1000kDa。5.权利要求1-4任一项所述的线粒体靶向荧光碳点制备方法，其特征在于，包括以下步骤：...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴富根，华先武，鲍琰雯，
申请(专利权)人：东南大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32