一种靶向介孔分子成像探针及其制备方法

摘要

一种靶向介孔分子成像探针及其制备方法，所述靶向介孔分子成像探针由至少包含金纳米棒一、金纳米棒二及基底纳米粒子的表面等离子共振核心层和由荧光分子、巯基生物小分子，聚苯乙烯磺酸盐接头组成的外围包覆层两部分构成，其中，所述金纳米棒一和金纳米棒二缀合在基底纳米粒子上形成表面等离子共振核心层，所述金纳米棒一和金纳米棒二两者的距离满足在核心层外通过金巯键与巯基生物小分子结合，荧光分子通过酰胺共价键与巯基生物小分子相结合，聚苯乙烯磺酸盐直接桥接在基底上。本发明还包括靶向介孔分子成像探针的制备方法。本发明通过表面激发发生蓝移或红移，可以匹配荧光组织的发光特性，使得发亮强度增加8～10个数量级，本发明具有很高的荧光特性，可用于肿瘤荧光成像的诊断，尤其是在组织细胞深处暗场下的肿瘤检测和诊断。

权利要求

1.一种靶向介孔分子成像探针，其特征在于，由表面等离子共振核心层和外围包覆层两部分组成，其中表面等离子共振核心层至少包含金纳米棒一、金纳米棒二及基底纳米粒子；外围包覆层由荧光分子、巯基生物小分子，聚苯乙烯磺酸盐接头组成，其中，所述金纳米棒一和金纳米棒二缀合在基底纳米粒子上形成表面等离子共振核心层，所述金纳米棒一和金纳米棒二两者的距离满足在核心层外通过金巯键与巯基生物小分子结合，荧光分子通过酰胺共价键与巯基生物小分子相结合，聚苯乙烯磺酸盐直接桥接在基底上；

所述金纳米棒一，直径范围为15nm～23nm，其直径与长度的比值满足

所述金纳米棒二，直径范围为35nm～42nm，其直径与长度的比值满足

2.根据权利要求1所述的靶向介孔分子成像探针，其特征在于，所述基底纳米粒子为中空介孔二氧化硅纳米粒子，直径范围为58～62nm；

所述荧光分子选自罗丹明B或尼罗蓝分子；

所述巯基生物小分子为半胱氨酸。

3.一种如权利要求1～2之一所述的靶向介孔分子成像探针的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)金纳米棒一溶液的制备：以十六烷基三甲基溴化铵为表面活性剂，正丁醇为助表面活性剂，正辛烷为油相，氯金酸的水溶液为水相，配制成分散均匀且透亮的微乳液；在搅拌下，将柠檬酸钠水溶液逐滴加入到微乳液中；接着加入1，6-二巯基己烷，继续搅拌反应10～

14h，得到金纳米棒一溶液的悬浮液，其中，金纳米棒一的直径范围15nm～23nm，长径比范围满足 然后静置23～25小时，使其中的悬浮粒子完全沉淀，将上层溶液部分取出，在剩余的沉淀部分加入乙醇，即得到稳定的金纳米棒一溶液；

(2)金纳米棒二溶液的制备：配制与步骤(1)相同的分散均匀且透亮的微乳液，在搅拌下，将柠檬酸钠水溶液逐滴加入到微乳液中；接着加入1，6-二巯基己烷，继续搅拌反应20～

24h，得到金纳米棒二溶液的悬浮液，其中，金纳米棒二的直径范围35nm～42nm，长径比范围满足 然后静置23～25小时，使其中的悬浮粒子完全沉淀，将上层溶液部分取出，在剩余的沉淀部分加入乙醇，即得到稳定的金纳米棒二溶液；

(3)纳米粒子的制备：利用软膜板法制备纳米粒子，直径范围为58～62nm；

(4)表面等离子共振核心层的制备：将步骤(1)和步骤(2)中制备的金纳米棒一溶液和金纳米棒二溶液在超声搅拌下充分溶合3～5h，接着加入到步骤(3)中制备的纳米粒子溶液中，充分搅拌后形成表面等离子共振核心层，然后加入巯基生物小分子，去除多余的金纳米棒形成的沉淀；

(5)靶向介孔分子成像探针的制备：在步骤(4)中获得的溶液中先后加入荧光分子溶液和聚苯乙烯磺酸钠溶液，搅拌充分形成稳定的键，即得靶向介孔分子成像探针。

说明书

一种靶向介孔分子成像探针及其制备方法

技术领域

[0001] 本发明涉及一种靶向介孔分子成像探针及其制备方法，具体涉及一种基于表面等离子共振金纳米棒的靶向介孔分子成像探针及其制备方法。

背景技术

[0002] 可见光成像相对于核磁共振成像具有诸多优势，如操作简便、结果直观、测量快速、对人体无辐射、对环境要求不高及费用低廉等，因此，将可见光成像技术应用于临床医学诊断已经成为当前医学成像的重要分支。

[0003] 目前，限制可见光成像技术应用于临床的主要原因之一是缺乏合适的应用于人体的荧光探针，同时高对比度也是困扰荧光探针的主要技术瓶颈。例如，现有技术CN201210050803.9公开了一种集双模式成像和载药的纳米药物载体及其制法，利用掺杂稀土化合物功能纳米晶体作为发光和磁共振成像功能的材料，大大降低了大剂量多次给药带来的毒副作用及对正常组织的损害；CN201210572229.3公开了纳米金靶向标记抗体的造影剂及其制备方法，该发明能够以共价方式将抗体定向链接到纳米金粒子表面，提高了造影剂的特异性和稳定性；CN201210050801.X公开了一种表面增强拉曼散射探针及其制备方法，该发明利用表面等离子体相互作用产生强烈的局域电磁场增强，探测拉曼散射信号，用于生物活体检测和成像。虽然以上现有技术基于金纳米材料形成的荧光探针很好地解决了安全性和稳定性的问题，但均存在纳米晶体发光波长单一，无法进行调整来适合荧光组织的发光波长，并提供高亮度荧光成像的问题。

发明内容

[0004] 本发明所要解决的技术问题是，提供一种基于表面等离子共振金纳米棒的高对比度靶向介孔分子成像探针及其制备方法，该成像探针能显著增强荧光的光强，提高分子成像的分辨率和对比度。

[0005] 本发明解决其技术问题采用的技术方案是，

[0006] 本发明之一种靶向介孔分子成像探针，，由表面等离子共振核心层和外围包覆层两部分组成，其中表面等离子共振核心层至少包含金纳米棒一、金纳米棒二及基底纳米粒子；外围包覆层由荧光分子、巯基生物小分子，聚苯乙烯磺酸盐接头组成，其中，所述金纳米棒一和金纳米棒二缀合在基底纳米粒子上形成表面等离子共振核心层，所述金纳米棒一和金纳米棒二两者的距离满足 在核心层外通过金巯键与巯基生物小分子结合，荧光分子通过酰胺共价键与巯基生物小分子相结合，聚苯乙烯磺酸盐直接桥接在基底上。

[0007] 进一步，所述金纳米棒一，直径范围为15nm～23nm，其直径与长度的比值满足[0008] 进一步，所述金纳米棒二，直径范围为35nm～42nm。

[0009] 进一步，所述基底纳米粒子为中空介孔二氧化硅纳米粒子，直径范围为58～62nm。

[0010] 进一步，所述荧光分子选自罗丹明B或尼罗蓝分子。

[0011] 进一步，所述巯基生物小分子为半胱氨酸。

[0012] 本发明之一种靶向介孔分子成像探针的制备方法，包括以下步骤：

[0013] (1)金纳米棒一溶液的制备：以十六烷基三甲基溴化铵为表面活性剂，正丁醇为助表面活性剂，正辛烷为油相，氯金酸的水溶液为水相，配制成分散均匀且透亮的微乳液；在搅拌下，将柠檬酸钠水溶液逐滴加入到微乳液中；接着加入1,6-二巯基己烷，继续搅拌反应10～14h，得到金纳米棒一溶液的悬浮液，其中，金纳米棒一的直径范围15nm～23nm，长径比范围满足 然后静置23～25小时，使其中的悬浮粒子完全沉淀，将上层溶液部分取出，在剩余的沉淀部分加入乙醇，即得到稳定的金纳米棒一溶液；

[0014] (2)金纳米棒二溶液的制备：配制与步骤(1)相同的分散均匀且透亮的微乳液，在搅拌下，将柠檬酸钠水溶液逐滴加入到微乳液中；接着加入1,6-二巯基己烷，继续搅拌反应20～24h，得到金纳米棒二溶液的悬浮液，其中，金纳米棒二的直径范围35nm～42nm，长径比范围满足 然后静置23～25小时，使其中的悬浮粒子完全沉淀，将上层溶液部分取出，在剩余的沉淀部分加入乙醇，即得到稳定的金纳米棒二溶液；

[0015] (3)纳米粒子的制备：利用软膜板法制备纳米粒子，直径范围为58～62nm；

[0016] (4)表面等离子共振核心层的制备：将步骤(1)和步骤(2)中制备的金纳米棒一溶液和金纳米棒二溶液在超声搅拌下充分溶合3～5h，接着加入到步骤(3)中制备的纳米粒子溶液中，充分搅拌后形成表面等离子共振核心层，然后加入巯基生物小分子，去除多余的金纳米棒形成的沉淀；

[0017] (5)靶向介孔分子成像探针的制备：在步骤(4)中获得的溶液中先后加入荧光分子溶液和聚苯乙烯磺酸盐溶液，搅拌充分形成稳定的键，即得靶向介孔分子成像探针。

[0018] 本发明之基于表面等离子共振金纳米棒的靶向介孔分子成像探针，利用两种不同的金纳米棒形成的表面等离子共振核心层，两种金纳米棒表面等离子共振能量发生转移，使金纳米棒谐振频率发生人为偏移，从而使得表面激发光谱向荧光光谱偏移，表面激化谐振频率正好与荧光分子的吸收光谱波峰重叠。这两个荧光基团在空间上足够近时，在供体分子和受体分子之间会发生能量转移，处于激发态的供体分子会转移能量给受体分子，结果导致供体的荧光发射强度降低，受体的荧光发射强度增加8～10个数量级，从而使光谱的探测灵敏度达到单分子水平。本发明具有很高的荧光特性，可用于肿瘤荧光成像的诊断，尤其是在组织细胞深处暗场下的肿瘤检测和诊断。

附图说明

[0019] 图1为本发明的结构链接示意图。

[0020] 图2为人体表层细胞光谱窗口图。

[0021] 图3为双金纳米偶极子表面等离激化振荡激发光谱图。

[0022] 图4为荧光组织光谱吸收图。

[0023] 图5为双金纳米偶极子表面等离激化探针链接细胞发光对比图。

具体实施方式

[0024] 下面结合实施例对本发明进一步加以说明。

[0025] 实施例1：靶向介孔分子成像探针的制备

[0026] (1)金纳米棒一溶液的制备：以30μl，0.02mol/L的CTAB，30μl正丁醇，120μl正辛烷和100μl 1％氯金酸的水溶液混合在一起，搅拌混合均匀后制成分散均匀且透亮的微乳液；10ml超纯水中加入100μl 1％柠檬酸钠形成柠檬酸钠水溶液，在搅拌下，将柠檬酸钠水溶液逐滴加入到微乳液中；接着加入0.05ml的1,6-二巯基己烷，继续搅拌反应12h，得到金纳米棒一溶液的悬浮液，其中，金纳米棒一的直径范围15nm～23nm，长径比范围满足然后静置24小时，使其中的悬浮粒子完全沉淀，将上层溶液部分取出，在剩余的沉淀部分加入乙醇，即得到稳定的金纳米棒一溶液；

[0027] (2)金纳米棒二溶液的制备：配制与步骤(1)相同的分散均匀且透亮的微乳液和柠檬酸钠水溶液，在搅拌下，将柠檬酸钠水溶液逐滴加入到微乳液中；接着加入0.05ml的1,6-二巯基己烷，继续搅拌反应24h，得到金纳米棒二溶液的悬浮液，其中，金纳米棒二的直径范围35nm～42nm，长径比范围满足 然后静置24小时，使其中的悬浮粒子完全沉淀，将上层溶液部分取出，在剩余的沉淀部分加入乙醇，即得到稳定的金纳米棒二溶液；

[0028] (3)纳米粒子的制备：利用软膜板法制备中空介孔二氧化硅纳米粒子，直径范围为58～62nm(具体方法参见：Zhao YJ等[J].Chem.Commun.,2009,17:2365-2367.)；

[0029] (4)表面等离子共振核心层的制备：将步骤(1)和步骤(2)中制备的金纳米棒一溶液和金纳米棒二溶液在超声搅拌下充分溶合4h，使金纳米棒一和金纳米棒二两者的距离满足 接着加入到步骤(3)中制备的中空介孔二氧化硅纳米粒子溶液中，充分搅拌后，金纳米棒一和金纳米棒二嵌入到二氧化硅纳米介孔中，形成表面等离子共振核心层，然后加入5ml,10mM的半胱氨酸，去除多余的金纳米棒形成的沉淀；

[0030] (5)靶向介孔分子成像探针的制备：在步骤(4)中获得的溶液中先后加入荧光分子溶液和聚苯乙烯磺酸钠溶液，搅拌充分形成稳定的键，即得靶向介孔分子成像探针。

[0031] 如图1所示，荧光素酶或荧光蛋白作为探针，通过基因改造的方法对研究对象进行光学标记(如将荧光素酶基因稳定转染整合至目标细胞)；二是利用一些荧光有机染料或量子点等荧光探针，通过化学结合等方式直接标记研究对象(如使用ICG染料标记抗体，观测抗体在体内的分布靶向等特性)。

[0032] 如图2所示，人体组织主要由水组成，表层的光谱特性在波长为630nm～1460nm范围及红光或者近红外光有较好的透过率，形成人体光窗。

[0033] 如图3所示，当两个金纳米颗粒形成共振耦合单元时，将产生消光效应，消光效应的结果一部分按照原来的光频发生瑞利散射，另一部分发生蓝移，由于表面等离子共振使得这种吸收和散射比最强烈的荧光分子的发射强8～10个数量级，这将使得荧光分子的吸收光谱增强。

[0034] 当金纳米颗粒的消光系数γ可以写成下式：

[0035]

[0036]

[0037]

[0038]

[0039] 当两个金纳米颗粒长径比符合如下关系式，共振峰将发生能量转移，使得光能量增强8～10个数量级，这将使得荧光分子的吸收光谱增强。

[0040]

[0041]

[0042] 其中，金纳米颗粒的共振峰位置与金属性质ωp和周围的介质特性εd密切相关。

[0043] 如图4所示，通过共振能量转移，荧光光强有显著增强。

[0044] 由增强后的和增强前的对比图5可知，利用两个金纳米颗粒形成共振耦合单元，可将荧光组织细胞的光谱人为控制，明显增强探针的效应。

[0045] 由于当前金纳米棒的表面等离子体激发光谱特性计算方法成熟，足以保证通过不同的长径比搭配形成需要的共振耦合单元，同时配合不同的荧光组织材料，使得荧光组织材料产生需要的光谱能量增强特征。