双亲性石墨烯量子点材料、制备方法及其作为细胞核靶向成像荧光探针的应用技术

本发明专利技术公开了一种双亲性石墨烯量子点材料、制备方法及其作为细胞核靶向成像荧光探针的应用，双亲性石墨烯量子点材料能作为自主靶向细胞核成像荧光探针。本发明专利技术选择价廉的1,5‑二氨基萘为前驱物，在乙醇和三氯甲烷的混合溶剂中，采用溶剂热法进行低温的生长和原位的表面功能化。本发明专利技术合成的石墨烯量子点具有双亲性，能稳定分散于有机溶剂和水溶液中，这种双亲性使石墨烯量子点具有穿过细胞核的类脂双层膜的能力。无毒，尺寸小。本发明专利技术合成的荧光石墨烯量子点材料在生物成像技术领域特别是在细胞核成像方面展示出诱人的应用前景，合成方法简单、环保、低能耗，适合工业放大。

Amphiphilic Graphene Quantum Dots: Materials, Preparation Methods and Applications as Fluorescent Probes for Nuclear Targeting Imaging

The invention discloses an amphiphilic graphene quantum dot material, a preparation method and an application thereof as a fluorescent probe for nuclear targeting imaging. The amphiphilic graphene quantum dot material can be used as an autonomous targeting fluorescent probe for nuclear imaging. The invention selects cheap 1,5_diaminonaphthalene as the precursor, grows at low temperature in the mixed solvent of ethanol and trichloromethane, and performs in-situ surface functionalization. The graphene quantum dots synthesized by the present invention are amphiphilic and can be stably dispersed in organic solvents and aqueous solutions. The amphiphilic property enables the graphene quantum dots to penetrate the lipid bilayer membrane of the nucleus. Non-toxic and small in size. The fluorescent graphene quantum dot material synthesized by the invention has an attractive application prospect in the field of biological imaging technology, especially in the field of nuclear imaging. The synthesis method is simple, environmental friendly and low energy consumption, and is suitable for industrial amplification.

【技术实现步骤摘要】
双亲性石墨烯量子点材料、制备方法及其作为细胞核靶向成像荧光探针的应用
本专利技术涉及一种荧光纳米材料、其制备方法及其应用，特别是涉及一种石墨烯量子点材料、其制备方法及其应用，应用于石墨烯新材料、荧光探针及生物细胞成像

技术介绍
真核细胞中的细胞核是一个复杂的同时也是一个具有有良好组织能力的动态体系结构，其具有基因表达、复制、重组、修复、RNA加工和核糖体子单元装配的功能。它被视为最重要的细胞器，因为疾病表型与细胞核组织架构的变化密切相关。例如，人们已经发现细胞核的变化与肿瘤细胞的癌性状态有密切关系。因此细胞核的有效荧光成像对于疾病诊断、细胞核跟踪和细胞状态检测等具有重要的作用。实际上，由于细胞核的特殊性，荧光探针必须穿过包围细胞核独特的类脂双层膜才能成功染色细胞核，这无疑会限制荧光探针进入细胞核。为了有效的染色细胞核，荧光探针必须拥有比8纳米的核孔更小的尺寸，或者能与核酸和染色质有特别的相互作用。但值得注意的是，并不是所有尺寸小于8纳米的荧光探针都可以进入细胞核，这是因为能否进入细胞核与探针表面性质有重要的关系。现如今，荧光探针已经被成功设计并应用于细胞核成像，如4',6-二脒基-2-苯基吲哚和赫斯特染料等有机染料，由于它们具有良好的生物相容性，已被广泛应用于癌细胞和正常细胞的细胞核染色，然而其水溶性、光稳定性和荧光强度还难以令人满意，而且还容易光漂白，这些都限制了有机染料的进一步应用。还有如碲化镉量子点和硒化镉量子点等半导体量子点也已经被广泛应用于细胞荧光成像，但是如果不对它们进行复杂的修饰，很难进入细胞核；而且半导体量子点含有重金属，这些重金属具有巨大的毒性，这无疑会影响它在生物成像中的应用。因此，急需探寻一种拥有良好光稳定性和水溶性、无毒和适当粒径的新型荧光探针用于细胞核成像。
技术实现思路
为了解决现有技术问题，本专利技术的目的在于克服已有技术存在的不足，提供一种双亲性石墨烯量子点材料、制备方法及其作为细胞核靶向成像荧光探针的应用，合成一种双亲性石墨烯量子点，具有自主细胞核靶向成像功能，能作为细胞核靶向成像荧光探针，并应用于生物细胞成像，本专利技术合成的石墨烯量子点具有双亲性，能稳定分散于有机溶剂和水溶液中，这种双亲性使石墨烯量子点具有穿过细胞核的类脂双层膜的能力。无毒，尺寸小。本专利技术合成的荧光石墨烯量子点材料在生物成像
特别是在细胞核成像方面展示出诱人的应用前景，合成方法简单、环保、低能耗，适合工业放大。为达到上述目的，本专利技术采用如下技术方案：一种双亲性石墨烯量子点材料，所述双亲性石墨烯量子点是包含连接在碳原子的氯原子、氨基或羟基的纳米尺度下的石墨烯纳米片层；所述双亲性石墨烯量子点的平均直径1～5nm，平均厚度为0.6～2.0nm，并且所述的双亲性石墨烯量子点包含C、N、Cl、O、H五种元素。优选上述双亲性石墨烯量子点的平均直径为5.0nm，优选平均厚度为1.0nm。一种本专利技术双亲性石墨烯量子点材料的制备方法，包括如下步骤：a.以1,5-二氨基萘作为前驱物，采用乙醇和三氯甲烷的混合溶剂作为溶剂，在搅拌作用下，将0.05～0.5g的1,5-二氨基萘缓慢加入到10～50mL的乙醇和三氯甲烷的混合溶剂中，对混合溶液进超声搅拌10～50分钟，到1,5-二氨基萘、乙醇和三氯甲烷充分混合的反应物体系溶液，然后采用溶剂热法，将反应物体系溶液转移到容积不低于50mL的聚四氟乙烯高压反应釜中，在120～230℃温度下进行水热反应6～24h，制备双亲性石墨烯量子点产物；优选采用体积比为5:1～1:5的上述乙醇和三氯甲烷的混合溶剂作为溶剂；b.待在所述步骤a中制备的双亲性石墨烯量子点产物自然冷却后，将双亲性石墨烯量子点产物取出，用孔径不大于的220nm的微孔滤膜对双亲性石墨烯量子点产物进行过滤，再将过滤后的滤液转移到透析袋内进行透析，经过透析分离纯化后，从而得到双亲性石墨烯量子点溶液；c.进行双亲性石墨烯量子点溶液的溶剂进行转换处理，将在所述步骤b中得到的双亲性石墨烯量子点溶液放入旋转蒸发仪中，将有机溶剂蒸干后，再加去离子水进行超声10～50分钟，使双亲性石墨烯量子点溶解于水中，最后得到双亲性石墨烯量子点水相溶液。一种本专利技术双亲性石墨烯量子点材料作为细胞核靶向成像荧光探针的应用，将双亲性石墨烯量子点作为细胞核靶向成像荧光探针，应用于在活细胞成像时能自主对细胞核进行核靶向成像。作为本专利技术优选的技术方案，双亲性石墨烯量子点材料作为细胞核靶向成像荧光探针的应用，将双亲性石墨烯量子点和细胞培养基进行共同培养1-3h，得到双亲性石墨烯量子点浓度为10～100mg/L的细胞核靶向成像荧光探针-细胞培养液，在荧光显微镜下对通过培养得到的细胞核靶向成像荧光探针-细胞培养液中的细胞进行观测，获得细胞的细胞核成像的荧光照片。优选上述细胞为Hela细胞或其他活细胞。本专利技术与现有技术相比较，具有如下显而易见的突出实质性特点和显著优点：1.本专利技术以1,5-二氨基萘为前驱物，在溶剂热条件下进行生长、原位的氯掺杂和表面功能化，方法简单；2.本专利技术制备的双亲性石墨烯量子点不含重金属元素如镉、铅等，对细胞无毒；3.本专利技术制备的双亲性石墨烯量子点光稳定性好，双亲性石墨烯量子点尺寸小，能保证其能满足进入细胞核的尺寸条件；4.本专利技术制备的石墨烯量子点具有双亲性，即能溶解在乙醇、三氯甲烷、甲苯等有机溶剂中能稳定分散在水溶液中。附图说明图1是本专利技术实施例一双亲性石墨烯量子点的X射线衍射图。图2是本专利技术实施例一双亲性石墨烯量子点的原子力扫描电子显微镜图像。图3是本专利技术实施例一双亲性石墨烯量子点的透射电子显微镜图像及其粒径分布图像。图4是本专利技术实施例一双亲性石墨烯量子点的X射线光电子能谱图。图5是本专利技术实施例一双亲性石墨烯量子点在有机溶剂和水溶液中的吸收荧光光谱图。图6是本专利技术实施例四双亲性石墨烯量子点溶于不同溶剂在紫外等照射下发光状态图。图7是本专利技术实施例五双亲性石墨烯量子点作为核靶向荧光探针对Hela细胞进行细胞核成像的荧光照片。具体实施方式以下结合具体的实施例子对上述方案做进一步说明，本专利技术的优选实施例详述如下：实施例一：在本实施例中，参见图1～图5，一种双亲性石墨烯量子点材料，所述双亲性石墨烯量子点是包含连接在碳原子的氯原子、氨基或羟基的纳米尺度下的石墨烯纳米片层；所述双亲性石墨烯量子点的平均直径5.0nm，平均厚度为1.0nm，并且所述的双亲性石墨烯量子点包含C、N、Cl、O、H五种元素。一种本实施例双亲性石墨烯量子点材料的制备方法，包括如下步骤：a.以1,5-二氨基萘作为前驱物，采用体积比为1：1的乙醇和三氯甲烷的混合溶剂作为溶剂，在搅拌作用下，将0.05g的1,5-二氨基萘缓慢加入到40mL的乙醇和三氯甲烷的混合溶剂中，对混合溶液进超声搅拌30分钟，到1,5-二氨基萘、乙醇和三氯甲烷充分混合的反应物体系溶液，然后采用溶剂热法，将反应物体系溶液转移到容积为50mL的聚四氟乙烯高压反应釜中，在150℃温度下进行水热反应6h，制备双亲性石墨烯量子点产物；b.待在所述步骤a中制备的双亲性石墨烯量子点产物自然冷却后，将双亲性石墨烯量子点产物取出，用孔径为220nm的微孔滤膜对双亲性石墨烯量子点产物进行过滤，再将过滤后的滤液转移到透析袋内进行透本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种双亲性石墨烯量子点材料，其特征在于：所述双亲性石墨烯量子点是包含连接在碳原子的氯原子、氨基或羟基的纳米尺度下的石墨烯纳米片层；所述双亲性石墨烯量子点的平均直径1～5nm，平均厚度为0.6～2.0nm，并且所述的双亲性石墨烯量子点包含C、N、Cl、O、H五种元素。

【技术特征摘要】
1.一种双亲性石墨烯量子点材料，其特征在于：所述双亲性石墨烯量子点是包含连接在碳原子的氯原子、氨基或羟基的纳米尺度下的石墨烯纳米片层；所述双亲性石墨烯量子点的平均直径1～5nm，平均厚度为0.6～2.0nm，并且所述的双亲性石墨烯量子点包含C、N、Cl、O、H五种元素。2.根据权利要求1所述双亲性石墨烯量子点材料，其特征在于：所述双亲性石墨烯量子点的平均直径为5.0nm，平均厚度为1.0nm。3.一种权利要求1所述双亲性石墨烯量子点材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：a.以1,5-二氨基萘作为前驱物，采用乙醇和三氯甲烷的混合溶剂作为溶剂，在搅拌作用下，将0.05～0.5g的1,5-二氨基萘缓慢加入到10～50mL的乙醇和三氯甲烷的混合溶剂中，对混合溶液进超声搅拌10～50分钟，到1,5-二氨基萘、乙醇和三氯甲烷充分混合的反应物体系溶液，然后采用溶剂热法，将反应物体系溶液转移到容积不低于50mL的聚四氟乙烯高压反应釜中，在120～230℃温度下进行水热反应6～24h，制备双亲性石墨烯量子点产物；b.待在所述步骤a中制备的双亲性石墨烯量子点产物自然冷却后，将双亲性石墨烯量子点产物取出，用孔径不大于的220nm的微孔滤膜对双亲性石墨烯量子点产物进行过滤，再将过滤后的滤液转移到透析袋内进...

【专利技术属性】
技术研发人员：王亮，李伟涛，李明，刘一健，潘登余，吴明红，
申请(专利权)人：上海大学，
类型：发明
国别省市：上海,31