一种荧光-ct双模态影像探针及其制备方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种荧光-CT双模态影像探针及其制备方法，具体涉及一步水热碳化法制备的荧光-CT双模态碘掺杂碳量子点及其在生物医学影像中应用，属于生物医用材料领域。
【背景技术】
[0002]电子计算机断层扫描(Computer Tomography, CT)是临床上最为广泛使用
的非侵入式影像学检查方法，是目前疾病诊疗和指导外科手术最为成熟，也是最为有效的方'法之一(Stewart, R.C., et al., Contrast-enhanced CT with a high~affinitycat1nic contrast agent for imaging ex vivo bovine, intact ex vivo rabbit, andin vi vo rabbi t cartilage.Rad1logy, 2013.266(1): p.141-50.)。CT造影成像的基本原理是根据人体不同组织对X射线衰减能力不同经计算机采集处理形成的图像。虽然，CT成像能为疾病监测提供三维立体的解剖图，但轻微的软组织变化却很难被及时发现。因为软组织的病变，溃疡和肿瘤与周围组织具有相似电子密度。鉴于此，在临床CT诊断过程中往往需要CT增强剂(造影剂)来提高病灶组织生理和解剖组织的成像效果。这些造影剂通常利用高原子序数元素显著削减X射线，改变信号强度，与周围组织形成对比而产生造影作用。目前，临床常用的CT造影剂主要是小分子量的芳香化碘化合物，如碘海醇，碘克沙醇等。这些碘化造影剂经经脉注射之后，随着血液很快扩散到全身，最后经肾脏代谢排出体夕卜(Ding, J., et al., CT/fluorescence dual-modal nanoemuls1n platform forinvestigating atherosclerotic plaques.B1materials, 2013.34(1): p.209—16.)。然而，这种体内滞留时间短，缺乏组织特异性以及碘化物固有的粘稠度和渗透压所带来的副作用限制其广泛的临床应用。因此，开发新型的具有体内长循环和组织靶向性的碘化造影剂是目前CT分子影像探针的研宄热点(Wang, H., et al., Folic acid-modifieddendrimer-en trapped gold nanoparti cles as nanoprobes for targe ted CT imaging ofhuman lung adencarcinoma.B1materials, 2013.34(2): p.470-80.)。
[0003]纳米技术与生物医学相结合为制备功能化医学影像造影剂开辟了新途径。
[0004]纳米颗粒本身固有的体内长滞留时间和易于表面功能化等特性使其在医学影像领域备受在备受关注(Du, F.Y., et al., Multicolor Nitrogen-Doped Carbon Dotsfor Live Cell Imaging.JOURNAL OF B1MEDICAL NANOTECHNOLOGY, 2015.11(5): p.780-788.)。碳量子点(carbon dots,⑶s)作为纳米荧光材料家族中的新秀，不仅具备类似于半导体量子点优异的光学性质，而且具有合成方便、原料丰富、良好的生物相容性等特点，具备符合在生物标记和生物医学成像中所需要的优良特性(Du F，et al.，Economicaland green synthesis of bagasse~derived fluorescent carbon dots for b1medicalapplicat1ns.Nanotechnology, 2014.25(31): p.315702.)。因此，本发明以碳量子点为纳米载体荷载碘元素，不仅降低传统碘化造影剂因其粘稠度和渗透压等导致的毒副作用，延长体内滞留时间，而且可以通过纳米颗粒本身小尺寸效应和表面易于功能化的优势，实现体内特异组织的靶向造影。本发明制备的碘掺杂碳量子点作为新型CT造影剂，可为临床早期疾病诊断和筛查尤其是肿瘤的早期检测和预后评估提供更加精确丰富的影像信息。
【发明内容】
[0005]本发明为克服现有技术中存在的缺陷，旨在设计并制备一种体内滞留时间长、组织特异性和较强X射线衰减能力的医学影像探针。
[0006]本发明采用水热碳化法，通过水热反应釜处理，碳量子点的成型、碘掺杂与表面钝化可问时完成。
[0007]本发明制备的碘掺杂型碳量子点(1-doped⑶s)具有光学成像和CT造影的双功能。1-doped⑶s不仅具有良好的生物相容性，较强的X射线衰减能力，可用于体内的CT造影成像，同时还具有优异的光学特性，可用于体外活细胞的荧光成像与流式细胞仪的定量分析；
本发明提供的水热碳化法制备的荧光-CT双模态1-doped CDs通过以下技术方案予以实现:
(O 一定质量的含碘化合物和氨基酸溶解在去离子水溶液中，室温条件下磁力搅拌，使其充分分散溶解，获得均匀的透明溶液。
[0008](2)将上述透明溶液放入带有聚四氟乙烯内衬的不锈钢水热反应釜中。加热处理，室温冷却后经12000g离心10分钟去除大颗粒沉淀。
[0009](3)收集上清液装入透析袋(MWCO:500-25000道尔顿)内进行透析，透析时间为72 h，每间隔12 h换一次水。
[0010](4)将透析产物在-50°C条件下进行冷冻干燥至粉末状，即获得1-doped⑶S。
[0011]其中步骤(I)中含碘化合物和氨基酸的投料质量比范围为1-9:9-1 ;所述的含碘化合物为碘克沙醇；所述的氨基酸为甘氨酸。
[0012]其中步骤(2)中加热处理的条件为120_200°C加热处理2?4小时。
[0013]本发明的方法所制备的碘掺杂碳量子点的粒径为1-50纳米。
[0014]本发明的优点在于:
(I)本发明制备1-doped CDs的前驱物均为生物相容性良好的化合物，显著降低后续体内注射造影造成不良反应的风险。
[0015](2)本发明制备过程中对设备要求较低，且操作简便，绿色环保，适合大规模工业生产。
[0016](3)本发明制备的1-doped OTs具有荧光和X射线衰减双功能。碘掺杂型碳量子点不仅具有优异的光学性能，可用于体外活细胞及亚细胞水平的荧光成像与流式细胞仪的定量标记分析，而且具有较强的X射线衰减，可用于体内精准病灶组织的CT三维立体成像。
[0017](4)本发明制备的1-doped⑶s具有良好的生物相容性和组织特异性。以碳量子点作为载体荷载碘原子，极大地避免由于碘原子固有特性造成的副作用，从而显著提高其安全性。另一方面，纳米颗粒形态赋予1-doped CDs较长体内滞留时间，有利于特定疾病的实时监测，尤其对于肿瘤较高的ERP效应，具有较好的被动靶向造影成像的效果。
【附图说明】
[0018]图1.1-doped⑶s物理形貌特征的表征。(A)I_doped⑶s在低倍镜和高倍镜下(插图)的扫描电镜图。(B) 1-doped CTs的粒径分布图。
[0019]图2.1-doped⑶s光学性质的表征。A.1-doped⑶s的紫外吸收光谱。右上插图为1-doped⑶s水溶液在365nm紫外灯照射下的荧光图片；B.1-doped OTs的荧光光谱图(从 330nm 到 400nm)。
[0020]图3.1-doped CDs的化学结构的表征。A.1-doped CDs的红外光谱图。B.1-doped⑶s的XPS全长光谱图。C.碳元素XPS光谱图。D.碘元素XPS光谱图。
[0021]图4.不同浓度1-doped CDs对X射线衰减图(A)及其定量图(B)。1-doped CDs体内成像图(C)。
【具体实施方式】
[0022]本发明是采用甘氨酸和碘克沙醇为前驱物，通过水热碳化合成方法，实现快速大量地制备钆掺杂型碳量子点。
[0023]下面结合具体实施例进一步说明本发明的技术路线。
[0024]实施例1:
将0.1 g甘氨酸和0.9g碘克沙醇定容到20 mL双蒸水中，室温(15?25°C)条件下磁力搅拌，使其充分溶解获得均匀透明的溶液。将上述溶液加入到带有聚四氟乙烯的水热反应釜中，180°C加热4h，待溶液自然冷却后，用中速滤纸过滤去除不溶性黑色沉淀，15000 g离心30分钟除去大颗粒，收集上清液注入到分子截留量为2000 Da的透析袋内进行透析，透析时间为72 h，每间隔12 h换一次水。将透析产物进行旋转蒸发，得到浓缩溶液。将浓缩溶液在_50°C条件下进行冷冻干燥至粉末状，获得钆掺杂型碳量子点。产量为1.2%。
[0025]实施例2:
将0.3 g甘氨酸和0.7g碘克沙醇定容到20 mL双蒸水中，室温(15?25°C)条件下磁力搅拌，使其充分溶解获得均匀透明的溶液。将上述溶液加入到带有聚四氟乙烯的水热反应釜中，180°C加热4h，待溶液自然冷却后，用中速滤纸过滤去除不溶性黑色沉淀，15000 g离心30分钟除去大颗粒，收集上清液注入到分子截留量为2000 Da的透析袋内进行透