氮掺杂碳量子点的制备及在生物成像中的应用

论文摘要

随着纳米科技的发展,碳量子（Cdots）点作为新型的荧光纳米颗粒具有诸多优异的荧光性质:足以媲美有机荧光染料和半导体量子点的高荧光量子产率、光漂白的高耐性、上转换发射特性、长荧光寿命等,被广泛应用于生物传感、靶向示踪、药物递送及光电设备等领域。在生物成像方面,绝大多数未经修饰改进的碳点对于癌细胞无特异性,缺乏靶向识别的能力,并且体外荧光标记应用仅仅停留在了二维贴壁细胞,相较于体内实体瘤存在着诸多局限性。因此,本文制备了高荧光性能和生物亲和性的碳量子点,研究了纳米探针在细胞内的光稳定性以及长程示踪的能力,建立了对三维肿瘤细胞球的荧光标记模型,通过细胞内不同的荧光分布以及强荧光对比度,构建了对肝癌细胞和胃癌细胞的可视化识别检测方法,主要内容如下:（1）通过一步水热合成法,以邻苯二胺为前驱体,制备出粒径为4 nm,分散性良好,荧光性能优异且稳定,表面官能团丰富,高生物相容性的碳量子点（o-Cdots）。（2）采用多代数荧光追踪,研究了碳量子点对细胞荧光成像的长程示踪效果。实验结果表明,碳量子点能进入细胞,分布于细胞质和细胞核,展现出稳定的荧光标记强度。并且,在紫外光持续照射30 min后,相较于商用的细胞核染剂（DAPI）碳点无明显光漂白现象。此外,在细胞传代至5代后,在细胞内仍然可以清晰的观察到碳量子点的明亮荧光。建立三维细胞培养模型,使用天然多孔支架和基质材料模拟肿瘤微环境中的细胞外基质,成培养出胃癌细胞的肿瘤多细胞球,使用上述碳点进行荧光标记,通过激光共聚焦显微镜对细胞球激光切层观察碳量子点的荧光分布以及成像深度,实验表明碳量子点可在24 h内实现对整个肿瘤球的标记。这些优越的特性使碳量子点成为一种长程追踪成像的理想型无创荧光探针。（3）研究碳量子点的细胞荧光标记部位与细胞类型的依赖性。不经过任何靶向修饰的碳量子点能够对肝癌细胞（HepG2）和肝正常细胞（LO2）不同部位进行标记。对于HepG2细胞,Cdots可迅速渗透细胞膜并在3分钟内扩散到细胞质和细胞核中,并在靶标中保持24 h。LO2细胞系仅在细胞质中呈现出明亮的荧光。此外,以透明质酸（HA）为靶向分子对碳点表面修饰,实现了对CD44过表达胃癌细胞的主动靶向标记,对比于胃正常细胞,以明显的荧光对比度实现了胃癌细胞的识别检测。因此,Cdots在快速和选择性生物成像方面具有巨大潜力,有望应用在癌细胞的筛查中。

论文目录

摘要

ABSTRACT

第一章绪论

1.1 引言

1.2 碳量子点特性及应用

1.2.1 碳量子点的合成方法

1.2.2 碳量子点荧光性质

1.2.3 碳量子点的应用

1.3 癌细胞的可视化识别检测

1.3.1 癌症诊疗概述

1.3.2 纳米粒子靶向检测癌症

1.4 研究内容的安排

第二章荧光碳量子点的制备及性能表征

2.1 引言

2.2 实验部分

2.2.1 实验仪器及试剂

2.2.2 碳量子点的制备

2.2.3 碳量子点的表征

2.2.4 荧光量子产率测量

2.2.5 贴壁细胞培养方法

2.2.6 细胞毒性检测

2.3 结果与讨论

2.3.1 碳点理化特性分析

2.3.2 发光性质分析

2.3.3 生物相容性分析

2.4 小结

第三章基于碳量子点的活细胞成像及长程示踪

3.1 引言

3.2 实验部分

3.2.1 实验仪器及试剂

3.2.2 3 D细胞球培养

3.2.3 细胞成像方法

3.2.4 碳量子点光稳定性评估

3.2.5 长程示踪能力评估

3.3 结果与讨论

3.3.1 贴壁细胞成像及长程示踪能力研究

3.3.2 肿瘤3D细胞球成像研究

3.4 小结

第四章 Cdots及 HA-Cdots在肿瘤细胞识别中的应用

4.1 引言

4.2 实验部分

4.2.1 实验仪器及试剂

4.2.2 HA-Cdots的制备

4.2.3 癌细胞识别方法

4.2.4碳量子点代谢实验

4.3 结果和讨论

4.3.1 基于Cdots的肝癌细胞识别

4.3.2 基于HA-Cdots的胃癌细胞识别

4.4 小结

第五章总结与展望

5.1 总结

5.2 展望

参考文献

致谢

攻读硕士期间发表的学术论文

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 车明轩

导师: 段倩倩

关键词: 碳量子点,快速核靶向,选择性荧光成像,长程示踪

来源: 太原理工大学

年度: 2019

分类: 基础科学,信息科技

专业: 物理学,无线电电子学,计算机软件及计算机应用

单位: 太原理工大学

基金: 国家自然科学基金(51505324,81602506,61471255,61474079),山西省青年基础研究项目(201701D221111),山西省高等学校创新项目(201802036)

分类号: TP391.41;O471.1

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