用于诊断分析和药物递送的碳量子点制造技术

本公开提供一种形成碳量子点的方法，其包括将碳粉与硫酸和硝酸混合，并将碳粉混合物加热至回流以使所述碳粉氧化。所述方法进一步包括分离和纯化所述碳量子点。本公开进一步提供碳量子点用于诊断分析(例如骨分析)、纤维化抑制以及药物递送的应用。制以及药物递送的应用。

【技术实现步骤摘要】
用于诊断分析和药物递送的碳量子点
[0001]相关申请的交叉引用
[0002]本申请根据35U.S.C.
§
119(e)要求于2016年2月5日提交的美国临时专利申请第62/292026号的权益。上述申请的全部公开内容通过引用并入本文。
[0003]政府支持声明
[0004]本专利技术在国家科学基金会的授权1355317的政府支持下完成。政府在本专利技术中享有一定权利。


[0005]本公开涉及碳量子点的形成，更特别地，涉及碳量子点的形成以及其用于诊断分析(例如骨分析)、纤维化的抑制以及药物递送的用途。

技术介绍

[0006]本文提供的背景描述是出于总体上提供本公开的背景的目的。在所述
技术介绍
部分或者本文它处所描述的现在提及的专利技术人的工作，以及在提交时不能视作现有技术的说明的各方面，既非明确地也非隐含地被承认为针对本公开的现有技术。
[0007]碳量子点是量子尺寸的碳纳米颗粒，其最近作为优良的纳米颗粒出现，具有取代含有毒性量子点的重金属的潜力。碳量子点潜在的生物应用由于其独特的特性(例如激发波长依赖性的光致发光、优异的生物相容性、低细胞毒性以及光学稳定性)已经受到极大关注。
[0008]碳量子点可通过“自顶向下”法或“自底向上”法制备，通常通过化学技术、电化学技术或者物理技术实现。“自顶向下”合成路线是指使用激光消融、电弧放电以及电化学技术将诸如石墨、碳纳米管以及纳米钻石这样的较大的碳结构分解为碳量子点。相比而言，“自底向上”合成路线则涉及通过热液/溶热处理、载体合成以及微波合成路线由诸如碳水化合物、柠檬酸盐以及聚合物
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二氧化硅纳米复合材料这样的小前体合成碳量子点。
[0009]碳量子点可容易地穿过细胞膜，因此在生物成像和治疗诊断中具有潜在的应用。但是，对于生物系统中的任何实际应用，碳量子点都会不可避免地与肽和蛋白接触，并且可能会改变其构象。诸如碳纳米管、二氧化铈纳米颗粒、二氧化钛纳米颗粒以及金纳米颗粒这样的已知纳米颗粒已经被发现可以促进蛋白和肽的纤维化，从而引起蛋白/肽结构的改变。
[0010]另外，碳量子点具有作为治疗剂来治疗中枢神经系统(CNS)中的神经退化性疾病的潜力。但是，由于高选择性的渗透性屏障(血脑屏障(BBB))的存在，在生物系统中将药物递送至CNS仍然是一个主要的医学挑战。
[0011]将碳量子点与活骨结合对于提供通用的药物递送系统将是有利的。但是，如“官能化的碳量子点使得能够同时进行骨裂检测和药物沉积(Functionalized carbon dots enable simultaneous bone crack detection and drug deposition)”，《材料化学杂志B(J.Mater.Chem.B)》2014，2，8626
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8632和“通过改性碳量子点对骨中的钙进行体外检测(In vitro detection of calcium in bone by modified carbon dots)”，《分析师
(Analyst)》2013，138，7107
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7111中所述，根据公开的方案制备的碳量子点只有在与谷氨酸(一种钙结合分子)缀合时才会显示骨结合活性，并且仅存在于提取的骨中，从来不存在于活体动物中。另外，为了向碳量子点加载药物，碳量子点的表面可能需要进行改性，并且这种改性可能会影响碳量子点的结合特性。
[0012]因此，提供可用于生物应用、并且展现出一种或多种优点(例如抑制蛋白和肽的构象改变、透过血脑屏障的能力以及/或者与活体动物中的骨结合的能力)的非毒性碳量子点将是有利的。

技术实现思路

[0013]本公开的一个方面提供一种形成碳量子点的方法，所述方法包括：将碳粉与硫酸和硝酸混合以形成碳粉混合物，将碳粉混合物加热至回流，冷却所述回流碳粉混合物，并中和所述冷却的回流碳粉混合物。所述方法进一步包括分离和纯化所述回流碳粉混合物以形成碳量子点溶液，对碳量子点溶液进行透析，并将溶剂从所述溶液除去，从而获得固体碳量子点。
[0014]本公开的另一个方面提供一种抑制胰岛素纤维化的方法，所述方法包括在溶液中将胰岛素与本公开的碳量子点组合，以形成浓缩溶液，并将所述浓缩溶液引入人类受试者中以治疗人类受试者。
[0015]本公开的另一个方面提供一种形成血脑屏障渗透液的方法，所述方法包括将本公开的碳量子点与有机化合物靶标共价缀合，以形成血脑屏障渗透液。
[0016]本公开的另一个方面提供一种将药物递送至骨中的方法，其包括向本公开的碳量子点加载药物，以形成加载有药物的碳量子点，并向受试者给予所述加载有药物的碳量子点。
[0017]对于本文所述的组合物和方法，任选的特征(包括但不限于组分、其组成范围、条件以及步骤)考虑选自本文所提供的各种方面、实施例以及实例。
[0018]参照以下详述并结合附图和实例，本公开进一步的方面和优点对于本领域普通技术人员而言将是显而易见的。尽管碳量子点、其制造方法及其应用易受各种形式的实施例的影响，以下描述包括特定的实施例，但应理解，说明内容是说明性的，并非旨在将本专利技术限制到本文所述的特定实施例。
附图说明
[0019]为了进一步帮助理解本专利技术，附上一个附图。
[0020]图1是一个图像，其显示根据本公开制备的碳量子点对活体动物中的钙化骨具有结合亲和性，而由其它原料制备的碳量子点则对活体动物中的钙化骨不具有结合亲和性。
具体实施方式
[0021]本公开的一个方面提供一种形成碳量子点的方法，所述方法包括将碳粉与硫酸和硝酸混合以形成碳粉混合物，通过回流加热碳粉混合物以形成回流碳粉混合物，然后冷却所述回流碳粉混合物，中和所述回流碳粉混合物以形成包含溶解的碳量子点的中和碳粉混合物，将溶解的碳量子点从中和碳粉混合物中分离出以形成碳量子点溶液，透析碳量子点
溶液，并将所述溶液的溶剂从碳量子点溶液中分离出，从而获得固体碳量子点。
[0022]如本文所使用并且除非另外指出，“碳粉”是指粒径大于100nm的碳粉和粒径为100nm或更小的碳纳米粉。
[0023]在一些实施例中，碳量子点具有小于约10nm、任选约6nm或更小的平均直径。在一些实施例中，硫酸和硝酸以大于约1:1(v/v)、任选约1.1:1至约5:1(v/v)的比例提供。
[0024]在各实施例中，中和所述回流碳粉混合物包括向混合物中添加碱，以形成中和碳粉混合物，其包含溶解的碳量子点和硫酸盐和/或硝酸盐中的至少一种。任选地，所述碱为碱金属氢氧化物，例如选自由以下组成的群组：氢氧化钠、氢氧化钾、氢氧化锂以及前述物质的组合。在各实施例中，所述碱可以是碱金属氢氧化物的过饱和溶液。在各实施例中，所述碱可以是氢氧化钠的过饱和溶液。
[0025]在各实施例中，将可溶碳量子点从中和碳粉混合物中分离出包括使硫酸盐和/或硝酸盐中的至少一种结晶，并将盐从中和碳粉混合物中除去。在各实施例本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种血脑屏障渗透溶液，其包含：碳量子点
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有机化合物靶标缀合物和溶剂，其中所述碳量子点
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有机化合物靶标缀合物包含碳量子点和有机化合物，所述有机化合物包含对血脑屏障处的受体具有特异性的配体，所述受体选自铁传递蛋白受体、胰岛素受体、甘露糖6
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磷酸受体、低密度脂蛋白受体相关的蛋白1受体、低密度脂蛋白受体相关的蛋白2受体、瘦素受体、硫胺素受体、谷胱甘肽受体、阿片类受体、p75神经营养蛋白受体、GT1b多唾液酸神经节苷脂、GPI锚定蛋白受体、白喉类毒素受体和其组合。2. 根据权利要求1所述的溶液，其中所述碳量子点具有小于10 nm直径的平均粒径。3.根据权利要求1或2所述的溶液，其中所述碳量子点具有表面，并且所述表面包含羧基。4.根据权利要求1
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3中任一项所述的溶液，其中所述碳量子点和所述有机化合物通过共价键或选自吸附、静电相互作用和π
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π相互作用的非共价相互作用缀合。5.根据权利要求1
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4中任一项所述的溶液，其中所述对血脑屏障处的受体具有特异性的配体包含铁传递蛋白、胰岛素、人黑素瘤抗原p97、低密度脂蛋白、受体相关的蛋白、angiopep、瘦素、硫胺素、谷胱甘肽、合成阿片样肽、狂犬病毒糖蛋白、破伤风毒素、10
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11易位甲基胞嘧啶加双氧酶1、G23肽、TAT肽、白喉类毒素的非毒性突变体和其组合。6.根据权利要求1
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5中任一项所述的溶液，其中所述血脑屏障处的受体包含铁传递蛋白受体，并且所述对...

【专利技术属性】
技术研发人员：李尚浩，RM勒布朗，I斯科罗姆纳，彭智利，
申请(专利权)人：迈阿密大学，
类型：发明
国别省市：