一种靶向线粒体的长波长发光碳点及其制备方法

本发明属于荧光纳米材料，具体涉及一种靶向线粒体的长波长发光碳点及其制备方法。

背景技术：

1、线粒体是细胞中最特殊的细胞器，它不仅为细胞生命活动提供化学能，而且与肿瘤的发生、生长、转移、扩散等有着密切的内在联系。此外，线粒体的数量、分布、结构和功能异常与帕金森、阿尔兹海默症、肥胖、ii型糖尿病等疾病密切相关。因此，追踪活细胞内的线粒体变化可能为研究神经退行性疾病、代谢疾病、心血管疾病、肿瘤等其他疾病治疗提供有用的参考信息。

2、目前，研究常用的线粒体荧光探针包括罗丹明123，mitotracker系列等有机染料，然而这些分子大多存在荧光易猝灭、抗光漂白性差、价格昂贵等缺陷。近年来，纳米材料的蓬勃发展，为解决这些问题带来了可能。

3、碳点作为一种新型零维碳基材料，因其制备简单、表面改性容易、生物相容性好、水溶性好、光化学性质可调等优点而受到广泛关注，已成为荧光传感、生物成像和癌症治疗领域最有前途的纳米材料之一。重要的是，研究者通过选择合适的反应前体和反应条件，可以获得具有不同发射波长的荧光碳点。文献报道，具有近红外荧光发射的探针具有更高的生物学应用价值，包括生物组织穿透距离深、生物背景干扰低、生物损伤较弱等。

技术实现思路

1、针对上述生物医学领域对活细胞线粒体标记的强烈需求，和现有有机染料分子存在的不足，本发明的目的在于提供一种靶向线粒体的长波长发光碳点及其简单、经济的制备方法。

2、本发明采用的技术方案如下：

3、一种靶向线粒体的长波长发光碳点的制备方法，是由氮掺杂红光碳点和羧丁基三苯基膦通过酰胺化反应连接，得到的长波长发光碳点。具体包括以下步骤：将羧丁基三苯基膦、n-羟基琥珀酰亚胺和1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺溶于双蒸水，室温下搅拌活化2～4h，得到混合液；将混合液逐滴加入到氮掺杂红光碳点的乙醇溶液中，室温下搅拌反应8～24h，经纯化、冷冻干燥后，得到靶向线粒体的长波长发光碳点。

4、优选的，所述的羧丁基三苯基膦的摩尔量为0.1～1mmol，n-羟基琥珀酰亚胺，1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺的摩尔比为1:1～1:4。

5、优选的，所述的氮掺杂红光碳点的乙醇溶液的浓度为1mg/ml。

6、优选的，所述的混合液与氮掺杂红光碳点的乙醇溶液的体积比为1:5。

7、优选的，所述的氮掺杂红光碳点的制备步骤为：将对苯二胺溶于有机溶剂，加入到高压反应釜中，加热至160～200℃，恒温反应8～12h；反应后的混合液经过柱纯化处理，制备得到氮掺杂红光碳点。

8、优选的，所述的氮掺杂红光碳点的粒径为2～20nm。

9、优选的，所述的对苯二胺与有机溶剂是按0.1～0.2g/10ml的比例混合。所述的有机溶剂为无水乙醇。

10、优选的，所述的纯化的步骤为：先通过旋蒸除去反应混合液中的乙醇，再将固体产物重新溶于20ml双蒸水，接着用截留分子量为1000da的透析袋透析48h，透析过程每隔4h更换一次水。

11、本发明还请求保护由上述的制备方法制得的长波长发光碳点，所述的长波长发光碳点可以选择性进入活细胞内的线粒体，并进行荧光成像。

12、因此，本发明还请求保护所述的长波长发光碳点在靶向标记活细胞线粒体中的应用。

13、与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

14、(1)本发明提供的靶向线粒体的长波长发光碳点的制备方法简单易行，无需复杂的反应设备。

15、(2)本发明所制备的长波长发光碳点尺寸均一，粒径分布范围窄，平均粒径为3.03±0.49nm，最佳激发波长位于520nm，最大发射波长位于595nm，斯托克斯位移为75nm。该长波长碳点的荧光稳定性强，能够反复被激发，而荧光几乎不衰减，克服了有机染料水溶性差、抗光漂白性差的缺点。

16、(3)本发明所制备的长波长碳点细胞毒性低，可靶向标记活细胞线粒体，并在细胞内发射明亮的红色荧光，其长波长发光特性可有效降低生物背景的干扰，增强了细胞内的荧光信号，在生物医学领域具有广阔的应用前景。

技术特征：

1.一种靶向线粒体的长波长发光碳点的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：将羧丁基三苯基膦、n-羟基琥珀酰亚胺和1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺溶于双蒸水，室温下搅拌活化2～4h，得到混合液；将混合液逐滴加入到氮掺杂红光碳点的乙醇溶液中，室温下搅拌反应8～24h，经纯化、冷冻干燥后，得到靶向线粒体的长波长发光碳点。

2.根据权利要求1所述的靶向线粒体的长波长发光碳点的制备方法，其特征在于，所述的羧丁基三苯基膦的摩尔量为0.1～1mmol，n-羟基琥珀酰亚胺，1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺的摩尔比为1:1～1:4。

3.根据权利要求1所述的靶向线粒体的长波长发光碳点的制备方法，其特征在于，所述的氮掺杂红光碳点的乙醇溶液的浓度为1mg/ml。

4.根据权利要求1所述的靶向线粒体的长波长发光碳点的制备方法，其特征在于，所述的混合液与氮掺杂红光碳点的乙醇溶液的体积比为1:5。

5.根据权利要求1、3或4所述的靶向线粒体的长波长发光碳点的制备方法，其特征在于，所述的氮掺杂红光碳点的制备步骤为：将对苯二胺溶于有机溶剂，加入到高压反应釜中，加热至160～200℃，恒温反应8～12h；反应后的混合液经过柱纯化处理，制备得到氮掺杂红光碳点。

6.根据权利要求5所述的靶向线粒体的长波长发光碳点的制备方法，其特征在于，所述的对苯二胺与有机溶剂是按0.1～0.2g/10ml的比例混合。

7.根据权利要求6所述的靶向线粒体的长波长发光碳点的制备方法，其特征在于，所述的有机溶剂为无水乙醇。

8.根据权利要求1所述的靶向线粒体的长波长发光碳点的制备方法，其特征在于，所述的纯化的步骤为：先通过旋蒸除去反应混合液中的乙醇，再将固体产物重新溶于20ml双蒸水，接着用截留分子量为1000da的透析袋透析48h，透析过程每隔4h更换一次水。

9.一种靶向线粒体的长波长发光碳点，其特征在于，所述的长波长发光碳点由权利要求1-8任一项所述的制备方法制备得到。

10.权利要求书9所述的长波长发光碳点在靶向标记活细胞线粒体中的应用。

技术总结
本发明公开了一种靶向线粒体的长波长发光碳点及其制备方法。本发明首先以对苯二胺为原料，溶剂热法制备了氮掺杂红光碳点。接着以氮掺杂红光碳点和羧丁基三苯基膦为反应底物，以N‑羟基琥珀酰亚胺，1‑(3‑二甲氨基丙基)‑3‑乙基碳二亚胺为脱水剂和交联剂，于常温下进行酰胺化反应，纯化后得到长波长发光碳点。本发明提供的长波长发光碳点尺寸均一，细胞毒性低，可以靶向标记活细胞线粒体。此外，本发明涉及的长波长发光碳点的荧光稳定性好，最大荧光发射峰位于为595nm，克服了有机染料抗光漂白性差的缺点，同时其长波长发光特性降低了生物背景干扰，在生物医学领域具有广阔的应用前景。

技术研发人员：王贝贝,谢小保,施庆珊,张淑瑶
受保护的技术使用者：广东省科学院微生物研究所（广东省微生物分析检测中心）
技术研发日：
技术公布日：2024/1/11