磺酸基石墨烯量子点生物荧光探针及其应用
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种磺酸基石墨烯量子点生物荧光探针及其应用。
【背景技术】
[0002]近些年来，量子点在生物医学领域的应用已经成为人们广泛关注的研究热点之一。量子点在体内外成像，靶向标记特异组织和细胞等方面均取得了新的进展。同时，近年来，石墨烯因独特的性能而受到越来越多的关注，如大的比表面积、高的载流子迀移率、优异的机械灵活性、良好的热/，化学稳定性以及对环境友好的特征等。石墨烯量子点(GQDs)除了具有石墨烯的优异性能外，由于尺寸在1nm以下，表现出更强的边缘效应和小尺寸效应，可以表现出独特的光化学性质。GQDs毒性低、具有良好的水溶性、荧光稳定性和生物兼容性，可顺利进入细胞，在肿瘤细胞的成像研究方面具有广泛的应用前景被应用于细胞不同组分。与其他的碳材料相比，由于GQDs可以进一步功能化，因此在细胞诊断、药物传递等方面有更强的可行性与与操作性，因此在生物医学领域有广泛的应用前景。
【发明内容】
[0003]本发明的目的在于提供一种磺酸基石墨烯量子点(Sulf0-GQDs)生物荧光探针及其应用。
[0004]为达到上述目的，本发明采用如下技术方案:
一种磺酸基石墨烯量子点生物荧光探针，其特征在于该探针是在细胞培养基中加入磺酸基石墨烯量子点，其浓度为10-100 mg/Lo
[0005]一种上述的石墨烯量子点生物荧光探针在标记肿瘤细胞核中的应用。
[0006]在细胞水平，石墨烯量子通过激光控制控制识别、标记肿瘤细胞核的具体过程: 乳腺癌细胞(4T1)，宫颈癌细胞(Hela)，肝癌细胞(7721)，神经干细胞(C17.2)，胃黏膜细胞(GES-1)在瓶底部贴壁达到80%后，将含有10-100 mg/L Sulfo-GQDs的细胞培养基与细胞共孵育0.5-12 ho利用激光共聚焦显微镜观察细胞与Sulfo-GQDs作用情况(Sulfo-GQDs激发波长:405 nm)。最初，Sulfo-GQDs聚集在细胞膜周围，并没有进入细胞内。去除培养基后，细胞在共聚焦显微镜的激光照射15 min过程中(405 nm激发)，Sulfo-GQDs逐渐进入细胞核，最终在细胞核内聚集。
[0007]在细胞水平，石墨烯量子通过温度控制识别、标记肿瘤细胞核的具体过程:
乳腺癌细胞(4T1)，宫颈癌细胞(Hela)，肝癌细胞(7721)在瓶底部贴壁达到80%后，
将含有10-100 mg/L Sulfo-GQDs的培养基与细胞共孵育0.5_12 h。去除培养基后，利用激光共聚焦显微镜的温度变化装置控制温度，并利用激光共聚焦显微镜观察细胞与Sulfo-GQDs 作用情况(Sulfo-GQDs 激发波长:405 nm)。实验发现，Sulfo-GQDs 在 37 0C条件下，仅聚集在细胞膜周围，并没有进入细胞，当培养温度升高到38 0C, Sulfo-GQDs逐渐进入细胞核，最终在细胞核内聚集。
[0008]在体内，使用小鼠为动物模型，石墨烯量子点识别、标记肿瘤细胞核的具体过程: 利用BALB/C雌性小鼠为动物模型，并利用乳腺癌细胞(4T1)，宫颈癌细胞(Hela)Jf癌细胞(7721)建立肿瘤模型进行实验。50-100 mg/kg Sulfo-GQDs通过尾静脉注射进入荷瘤小鼠体内，0.5-2 h小时后，处死小鼠，将脾，肺，瘤组织取出后，组织样品制成20Mffl厚的冷冻切片样品，用于进行激光共聚焦显微镜观察Sulfo-GQDs在小鼠体内的分布情况，发现Sulfo-GQDs在正常器官组织内分布比较分散，在组织间质内分散；而在肿瘤组织内Sulfo-GQDs可以特异性靶向肿瘤细胞核，在细胞核内大量聚集，和细胞实验所得结果一致。说明此量子点可以特异性靶向到肿瘤组织细胞核内，而在正常组织里无此性能。
[0009]能够实现这种体内特异靶向细胞核的性能，主要由于以下两个方面决定:体内肿瘤组织压力增加，体内肿瘤细胞表面产生了额外的表面张力；Sulf0-GQDs材料表面的电荷、粒径及结构等性质，使Sulfo-GQDs在无额外的表面张力作用下，不能进入细胞。因此在细胞水平，通过温度及激光控制，给予一定表面张力时，Sulfo-GQDs对正常细胞及肿瘤细胞无选择性。
[0010]本发明方法的优点和特点如下所述:
(I)石墨烯量子点对细胞核进行标记识别的方法简单，可控性强，不需要对材料进行二次修饰。
[0011](2)石墨烯量子点对细胞核进行标记识别的方法，稳定性好。
[0012](3)在体内可以直接标记肿瘤细胞的细胞核，无需任何肿瘤靶向分子修饰，过程简单，靶向效率高。
【附图说明】
[0013]图1石墨稀量子点通过激光控制进入细胞核，对细胞核进行标记。
[0014]图2石墨烯量子作为细胞细胞核标记试剂与传统细胞核标记试剂(4，6-联脒-2-苯基吲哚)DAPI的稳定性对比。a:激光照射Sulfo-GQDs靶向4T1细胞核后，细胞固定后，研究其不同时间激光照射下的光稳定性；b =DAPI染核后，进行不同时间激光照射后的光稳定性。标尺:20 Mm。
[0015]图3石墨稀量子点通过温度控制进入细胞核，对细胞核进行标记。a:Sulfo_GQDs靶向细胞核图片；b:细胞原图。标尺:5 Pm。
[0016]图4石墨烯量子点在体内不进入正常组织细胞核。石墨烯量子点在体内不进入正常组织细胞核，a:肺组织切片，b:脾组织切片。绿色=Sulfo-GQDs ;红色:SYT0_17红色细胞核染料。标尺:10 Pm。
[0017]图5石墨烯量子点在体内靶向、识别标记肿瘤细胞核。标尺:10 Mffl0 a)乳腺癌；b)肝癌；c)宫颈癌。
【具体实施方式】
[0018]现将本发明的具体实施例叙述于后。所述的磺酸基石墨烯量子点的制备方法如下:芘(200 g, TCI,纯度98%)在热硝酸条件下冷凝回流搅拌24 h硝酸化为1，3，6-三硝基芘。冷却至室温后，混合物用去离子水稀释，用0.22 _滤膜过滤除酸。所得产物，搅拌条件下快速分散到Na2SO3S液中。混合物转移到聚四氟乙烯反应釜中，200 °C条件下，高压锅内反应12 ho冷却至室温后，得到黑色胶体产物，且没有不溶副产物出现。胶体放入透析袋(分子量:3500 Da)内透析以去除去钠盐。
[0019]实施例1:在细胞水平，石墨烯量子通过激光控制识别、标记肿瘤细胞核的具体过程:
乳腺癌细胞(4T1)在瓶底部贴壁达到80%后，将含有60 mg/L Sulfo-GQDs的培养基与细胞共孵育12 ho利用激光共聚焦显微镜观察细胞与Sulfo-GQDs作用情况(Sulfo-GQDs激发波长:405 nm)。最初，Sulf0-GQDs聚集在细胞膜周围，并没有进入细胞内。去除培养基后，细胞在共聚焦显微镜的激光照射15 min过程中(405 nm激发)，Sulf0-GQDs逐渐进入细胞核，最终在细胞核内聚集。具体结果参见图1。在图2中，我们进行Sulfo-GQDs和常见染核材料DAPI的光稳定性对比，发现Sulfo-GQDs在激光照射条件下不会发生光淬灭现象，反而存在荧光增强现象，如图2a，而DAPI在40 min的长时间照射下发生严重的光漂白现象，如图2b。
[0020]实施例2:在细胞水平，石墨烯量子通过温度控制识别、标记肿瘤细胞核的具体过程:
乳腺癌细胞(4T1)在瓶底部贴壁达到80%后，将含有60 mg/L Sulfo-GQDs的培养基与细胞共孵育12 ho去除培养基后，利用激光共聚焦显微镜的温度变化装置来改变细胞培养温度(37 0C, 38 0C和5% CO2),并利用激光共聚焦显微镜观察细胞与Sulf0-GQDs作用情况(Sulfo-GQDs激发波长:405 nm)。实验发现，Sulfo-GQDs在37 0C条件下，仅聚集在细胞膜周围，并没有进入细胞，当培养温度升高到38 0C, Sulfo-GQDs逐渐进入细胞核，最终在细胞核内聚集。具体结果参见图3。
[0021]实施例3:在体内，使用小鼠为动物模型，石墨烯量子点识别、标记肿瘤细胞核的具体过程:
利用BALB/C雌性小鼠为动物模型，并利用乳腺癌细胞(4T1)建立肿瘤模型进行实验。60 mg/kg Sulfo-GQDs通过尾静脉注射进入荷瘤小鼠体内，0.5小时后，处死小鼠，将脾，肺，瘤组织取出后，组织样品制成20 μ?厚的冷冻切片样品，用于进行激光共聚焦显微镜观察Sulfo-GQDs在小鼠体内的分布情况，发现Sulfo-GQDs在正常器官组织内分布比较分散，在组织间质内分散(图4);而在肿瘤组织内Sulfo-GQDs可以特异性靶向肿瘤细胞核，在细胞核内大量聚集，说明此量子点可以特异性靶向到乳腺癌肿瘤组织细胞核内(图5a)。
[0022]实施例4:在体内，使用小鼠为动物模型，石墨烯量子点识别、标记肿瘤细胞核的具体过程:
利用BALB/C雌性小鼠为动物模型，并利用肝癌细胞(7721)建立肿瘤模型进行实验。60 mg/kg Sulfo-GQDs通过尾静脉注射进入荷瘤小鼠体内，0.5小时后，处死小鼠，将脾，肺，瘤组织取出后，组织样品制成20 μ?厚的冷冻切片样品，用于进行激光共聚焦显微镜观察Sulfo-GQDs在小鼠体内的分布情况，在肿瘤组织内Sulfo-GQDs可以特异性靶向肿瘤细胞核，在细胞核内大量聚集，说明此量子点可以特异性革巴向到肝癌肿瘤组织细胞核内。(图 5b)
实施例5:在体内，使用小鼠为动物模型，石墨烯量子点识别、标记肿瘤细胞核的具体过程:
利用BALB/C雌性小鼠为动物模型，并利用宫颈癌细胞(Hela)建立肿瘤模型进行实验。60 mg/kg Sulfo-GQDs通过尾静脉注射进入荷瘤小鼠体内，0.5小时后，处死小鼠，将脾，肺，瘤组织取出后，组织样品制成20 μ?厚的冷冻切片样品，用于进行激光共聚焦显微镜观察Sulfo-GQDs在小鼠体内的分布情况，在肿瘤组织内Sulfo-GQDs可以特异性靶向肿瘤细胞核，在细胞核内大量聚集，说明此量子点可以特异性革G向到宫颈癌肿瘤组织细胞核内(图5c)。
【主权项】
1.一种石墨烯量子点生物荧光探针，其特征在于该探针是在细胞培养基中加入磺酸基石墨稀量子点，其浓度为10-100 mg/Lo2.一种根据权利要求1所述的石墨烯量子点生物荧光探针在标记肿瘤细胞核中的应用。
【专利摘要】本发明涉及一种磺酸基石墨烯量子点生物荧光探针及其应用。该探针是在细胞培养基中加入磺酸基石墨烯量子点，其浓度为10-100mg/L。石墨烯量子点对细胞核进行标记识别的方法简单，可控性强，不需要对材料进行二次修饰。石墨烯量子点对细胞核进行标记识别的方法，稳定性好。在体内可以直接标记肿瘤细胞的细胞核，无需任何肿瘤靶向分子修饰，过程简单，靶向效率高。
【IPC分类】A61K49/00, G01N21/64
【公开号】CN105106974
【申请号】CN201510394852
【发明人】王艳丽, 潘登余, 姚晨婕, 李晨晨, 丁琳, 吴明红
【申请人】上海大学
【公开日】2015年12月2日
【申请日】2015年7月8日