一种基于金纳米颗粒组装的功能性光声探针的制备方法及其应用技术

一种基于金纳米颗粒组装的功能性光声探针的制备方法及其应用，涉及纳米材料领域。所述功能性光声探针将一端有‑SH，一端有biotin（生物素），中间有特异性序列DEVD的肽链修饰金纳米颗粒表面，同时用一端有‑SH，一端有streptavidin（链霉亲和素）的功能小分子修饰金纳米棒表面，利用streptavidin和biotin的特异性生物耦联反应，完成金纳米棒和金纳米颗粒的自组装过程。由于细胞凋亡酶caspase‑3可以识别并裂解肽链中的特异性序列DEVD，造成金纳米棒和金纳米颗粒分离，从而引起紫外‑可见吸收光谱与光声成像信号强度等的变化，因此可以通过光声成像方法用于监测肿瘤细胞中caspase‑3的产生，进而判断肿瘤细胞经过治疗后的凋亡过程，也可用于放疗或化疗效果的评价，这在临床医学、疾病诊断方面有重大意义。

Method for preparing functional photoacoustic probe assembled with gold nanoparticles and application thereof

The invention relates to a preparation method of a functional photoacoustic probe assembled on gold nanoparticles and an application thereof, relating to the field of nano materials. The function of photoacoustic probe will end with SH, biotin end (biotin), a specific sequence of DEVD peptide modified gold nanoparticle surface, SH end at the same time, there is streptavidin (streptavidin) function of small molecule modified gold nanorod surface, using specific biological streptavidin and biotin coupling coupling reaction, complete the self-assembly process of gold nanorods and gold nanoparticles. Because the cell apoptotic enzyme caspase 3 can identify and sequence specific cleavage of DEVD peptide chain, resulting in gold nanorods and gold nanoparticle separation, resulting in ultraviolet visible absorption spectrum changes and photoacoustic imaging signal intensity, so it can pass through the photoacoustic imaging method for monitoring tumor cells in caspase 3 generation and then judge the tumor cells through apoptosis after treatment, can also be used to evaluate the effect of radiotherapy or chemotherapy, which is of great significance in the diagnosis of disease, clinical medicine.

【技术实现步骤摘要】
一种基于金纳米颗粒组装的功能性光声探针的制备方法及其应用
本专利技术涉及纳米材料领域，具体涉及一种基于金纳米颗粒组装的功能性光声探针的制备方法及其应用。
技术介绍
近年来，随着纳米技术的不断进步与发展，关于贵金属纳米颗粒的研究和应用受到越来越广泛的关注，而金纳米颗粒是纳米材料领域中的一个研究热点，但目前广泛研究的只是单一的金纳米颗粒的性质和应用，而通过自组装技术将纳米颗粒组装成一维、二维、三维的结构，并通过组装构建出功能化的纳米组装体，这将是未来纳米材料发展的方向。Caspases(半胱天冬酶)是一个具有各种任务的重要信号分子家族，Caspases的激活也是疾病中细胞损伤的一个标记。Caspase-3是一种执行半胱天冬酶，在细胞凋亡机制中处于中心地位，作为一种细胞程序性死亡的细胞凋亡是一个生理过程，在维持体内发展和平衡中起了极其重要的作用，因此，对Caspase-3的检测在生物医学上有很重要的意义。现如今，经常用到的成像方法包括核磁共振成像、X射线层析成像、光学相干层析成像等成像方法，但这些设备体积庞大，价格昂贵，另外图像效果达不到光声成像技术的水平，尤其是深层组织的成像受组织的吸收影响比较严重。而光声成像是近年来发展起来的一种非入侵式和非电离式的新型生物医学成像方法，当脉冲激光照射到生物组织中时，组织的光吸收域将产生超声信号，我们称这种由光激发产生的超声信号为光声信号。生物组织产生的光声信号携带了组织的光吸收特征信息，通过探测光声信号能重建出组织中的光吸收分布图像。光声成像结合了纯光学组织成像中高选择特性和纯超声组织成像中深穿透特性的优点，可得到高分辨率和高对比度的组织图像，从原理上避开了光散射的影响，突破了高分辨率光学成像深度“软极限”，可实现50mm的深层活体内组织成像。光声成像能够有效的进行生物组织结构和功能成像，为研究生物组织的形态结构，生理特征，病理特征，代谢功能等提供了重要的手段，特别适合于癌症的早期检测和治疗监控。目前的光声成像技术多用于科研，光声成像已经成为一个快速发展的研究领域，现今光声技术正由微观实验室阶段逐步走向宏观临床实践阶段，开发出新型高效的功能性光声探针将具有巨大的临床应用前景。
技术实现思路
解决的技术问题：针对现有成像设备体积庞大，价格昂贵，容易对正常组织造成损伤并且对于肿瘤细胞中caspase-3的检测不能清晰成像以及正确判断等问题，本专利技术提供了一种基于金纳米颗粒组装的功能性光声探针的制备方法及其应用，通过光声成像方法达到对肿瘤细胞中caspase-3的产生监测，进而判断肿瘤细胞经过治疗后的凋亡过程，并评价肿瘤治疗效果，解决了其他方法对正常组织的损伤和不能清晰成像和判断的缺陷。技术方案：一种基于金纳米颗粒组装的功能性光声探针的制备方法，所述制备方法如下：步骤1.球形金纳米颗粒的制备：将0.1～10wt.％氯金酸和超纯水混合，在130～150℃油浴中加热煮沸后加入10～100mmol/L的柠檬酸钠溶液加热至沸腾，其中氯金酸，柠檬酸钠和超纯水溶液的体积比为0.05～1：0.1～10：10～100，搅拌5～20min，关闭热源后继续搅拌10～20min，放至至室温后备用；步骤2.金纳米棒溶液的制备与纯化：a.将0.01～1mol/L的CTAB溶液与0.001～0.1mol/L的氯金酸溶液混合于反应容器，加入0.001～0.1mol/L的NaBH4溶液，其中CTAB溶液，氯金酸溶液和NaBH4溶液的体积比为1～50：0.1～1：0.1～10，搅拌后，放至28～32℃水浴中反应1～10h；b.将0.01～1mol/LCTAB溶液，0.001～0.1mol/LHAuCl4溶液，0.001～0.1mol/LAgNO3溶液在烧杯中均匀混合，然后加入0.1～10mol/LHCl溶液调节pH，最后加入0.01～1mol/L抗坏血酸溶液，搅拌后溶液由黄色变为无色，最后加入稀释5倍的所述步骤a的种子溶液，其中CTAB溶液，HAuCl4溶液，AgNO3溶液，HCl溶液，抗坏血酸溶液和稀释5倍的所述步骤a的种子溶液的体积比为10～100：1～10：0.1～1：0.01～10：0.1～1：0.05～0.5，搅拌1～10min后，放至28～32℃水浴中6～24h；c.将所述步骤b制备的金纳米棒低速离心，去除大颗粒沉淀，然后高速离心上清液，得到下层沉淀加超纯水至原来体积，纯化后备用；步骤3.功能小分子的合成：将11-巯基十一烷酸在N-羟基丁二酰亚胺和1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺盐酸盐的作用下活化30～60min，然后加入链霉亲和素，11-巯基十一烷酸和链霉亲和素的体积比1：3～1：5，室温下震荡反应2～24h，然后分离提纯；步骤4.金纳米颗粒的表面修饰：取步骤1中制备的球形金纳米颗粒，加入0.001～0.1mg/mL的肽链，所述肽链的序列为Biotin-Gly-Gly-Asp-Glu-Val-Asp-Gly-Gly-Gly-Cys-Cys，球形金纳米颗粒和肽链的体积比在1～10：0.1～10，室温震荡反应2～12h，然后离心去除上清液，加超纯水溶解样品后离心清洗；取步骤2中制备的金纳米棒离心，留下沉淀加入步骤3中合成的功能小分子，两者体积比在1～10：1～20，室温震荡反应2～12h，然后离心去除上清液，加超纯水溶解样品后离心清洗；步骤5.光声探针的组装：取步骤4中修饰过的球形纳米颗粒置于反应瓶中，然后逐滴加入步骤4中修饰过的金纳米棒，两者体积比为1～10：1～10，反应5～30min后，再加入100～500μL吐温-20，震荡反应20～60min后，离心去除上清液，沉淀加超纯水溶解，放至4℃冰箱保存。作为优选，所述制备方法如下：步骤1.球形金纳米颗粒的制备：将1wt.％氯金酸和超纯水混合，在150℃油浴中加热煮沸后加入40mmol/L的柠檬酸钠溶液加热至沸腾，其中氯金酸，柠檬酸钠和超纯水溶液的体积比为0.1：1：10，搅拌10min，关闭热源后继续搅拌15min，放至至室温后备用；步骤2.金纳米棒溶液的制备与纯化：a.将0.1mol/L的CTAB溶液与0.01mol/L的氯金酸溶液混合于反应容器，加入0.01mol/L的NaBH4溶液，其中CTAB溶液，氯金酸溶液和NaBH4溶液的体积比为10：0.25：0.6，搅拌后，放至30℃水浴中反应2h；b.将0.1mol/LCTAB溶液，0.01mol/LHAuCl4溶液，0.01mol/LAgNO3溶液在烧杯中均匀混合，然后加入1mol/LHCl溶液调节pH，最后加入0.1mol/L抗坏血酸溶液，搅拌后溶液由黄色变为无色，最后加入稀释5倍的所述步骤a的种子溶液，其中CTBA溶液，HAuCl4溶液，AgNO3溶液，HCl溶液，抗坏血酸溶液和稀释5倍的所述步骤a的种子溶液的体积比为40：2：0.26：0.8：0.32：0.1，搅拌后，放至30℃水浴中12h；c.将所述步骤b制备的金纳米棒低速离心，去除大颗粒沉淀，然后高速离心上清液，得到下层沉淀加超纯水至原来体积，纯化后备用；步骤3.功能小分子的合成：将11-巯基十一烷酸在N-羟基丁二酰亚胺和1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺盐酸盐的作用下活化30min，然后加入链霉亲和素，11本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于金纳米颗粒组装的功能性光声探针的制备方法，其特征在于，所述制备方法如下：步骤1. 球形金纳米颗粒的制备：将0.1 ~10 wt.%氯金酸和超纯水混合，在130~150℃油浴中加热煮沸后加入10~100 mmol/L的柠檬酸钠溶液加热至沸腾，其中氯金酸，柠檬酸钠和超纯水溶液的体积比为0.05~1：0.1~10：10~100，搅拌5~20 min，关闭热源后继续搅拌10~20 min，放至至室温后备用；步骤2.金纳米棒溶液的制备与纯化：a.将0.01~1 mol/L的CTAB溶液与0.001~0.1 mol/L的氯金酸溶液混合于反应容器，加入0.001~0.1 mol/L的NaBH

【技术特征摘要】
1.一种基于金纳米颗粒组装的功能性光声探针的制备方法，其特征在于，所述制备方法如下：步骤1.球形金纳米颗粒的制备：将0.1~10wt.%氯金酸和超纯水混合，在130~150℃油浴中加热煮沸后加入10~100mmol/L的柠檬酸钠溶液加热至沸腾，其中氯金酸，柠檬酸钠和超纯水溶液的体积比为0.05~1：0.1~10：10~100，搅拌5~20min，关闭热源后继续搅拌10~20min，放至至室温后备用；步骤2.金纳米棒溶液的制备与纯化：a.将0.01~1mol/L的CTAB溶液与0.001~0.1mol/L的氯金酸溶液混合于反应容器，加入0.001~0.1mol/L的NaBH4溶液，其中CTAB溶液，氯金酸溶液和NaBH4溶液的体积比为1~50：0.1~1：0.1~10，搅拌后，放至28~32℃水浴中反应1~10h；b.将0.01~1mol/LCTAB溶液，0.001~0.1mol/LHAuCl4溶液，0.001~0.1mol/LAgNO3溶液在烧杯中均匀混合，然后加入0.1~10mol/LHCl溶液调节pH，最后加入0.01~1mol/L抗坏血酸溶液，搅拌后溶液由黄色变为无色，最后加入稀释5倍的所述步骤a的种子溶液，其中CTAB溶液，HAuCl4溶液，AgNO3溶液，HCl溶液，抗坏血酸溶液和稀释5倍的所述步骤a的种子溶液的体积比为10~100：1~10：0.1~1：0.01~10：0.1~1：0.05~0.5，搅拌1~10min后，放至28~32℃水浴中6~24h；c.将所述步骤b制备的金纳米棒低速离心，去除大颗粒沉淀，然后高速离心上清液，得到下层沉淀加超纯水至原来体积，纯化后备用；步骤3.功能小分子的合成：将11-巯基十一烷酸在N-羟基丁二酰亚胺和1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺盐酸盐的作用下活化30~60min，然后加入链霉亲和素，11-巯基十一烷酸和链霉亲和素的体积比1：3~1：5，室温下震荡反应2~24h，然后分离提纯；步骤4.金纳米颗粒的表面修饰：取步骤1中制备的球形金纳米颗粒，加入0.001~0.1mg/mL的肽链，所述肽链的序列为Biotin-Gly-Gly-Asp-Glu-Val-Asp-Gly-Gly-Gly-Cys-Cys，球形金纳米颗粒和肽链的体积比在1~10：0.1~10，室温震荡反应2~12h，然后离心去除上清液，加超纯水溶解样品后离心清洗；取步骤2中制备的金纳米棒离心，留下沉淀加入步骤3中合成的功能小分子，两者体积比在1~10：1~20，室温震荡反应2~12h，然后离心去除上清液，加超纯水溶解样品后离心清洗；步骤5.光声探针的组装：取步骤4中修饰过的球形纳米颗粒置于反应瓶中，然后逐滴加入步骤4中修饰过的金纳米棒，两者体积比为1~10：1~10，反应5~30min后，再加入100~500μL吐温-20，震荡反应20~60min后，离心去除上清液，沉淀加超纯水溶解，放至4℃冰箱保存。2.根据权利要求1所述的一种基于金纳米颗粒组装的功能性光声探针的制备方法，其特征在于，所述制备方法如下：步骤1.球形金纳米颗粒的制备：将1wt.%氯金酸和超纯水混合，在150℃油浴中加热煮沸后加入40...

【专利技术属性】
技术研发人员：张磊，汪联辉，王静慧，沈晶晶，范曲立，黄维，
申请(专利权)人：南京邮电大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32