论文部分内容阅读
荧光探针是生物医学研究中必不可少的一种荧光标记材料。随着纳米技术的发展,量子点荧光探针受到了越来越多的关注。目前在生物成像领域主要以半导体量子点作为荧光探针,但因有一定的生物毒性而限制了其在活体标记中的应用。而碳量子点(CDs)因其优异的生物相容性被期望用于活体标记。在CDs的制备研究中,生物质材料因其绿色环保成为碳源的首选材料。其中,最具代表性的纤维素已被用于CDs的制备。但是,目前纤维素均以粉末或短纤维的形式使用,在元素掺杂的CDs制备中存在掺杂效果不好、原料利用率不高等问题。为此,本文以纤维素水凝胶作为碳源和掺杂物质的载体,通过载带不同的化学物质成功制备出了元素掺杂的CDs,并研究了不同的载带物质对纤维素水凝胶基CDs的得率、化学结构和光学性能的影响,同时还研究了CDs的粒径对其光学性能的影响;将制备得到的CDs应用于生物成像实验,研究了CDs的细胞毒性和动物安全性,以及不同载带物质、CDs粒径以及细胞种类对CDs活细胞生物成像性能的影响,探究了本实验中所制备的CDs被用于生物活体成像的可能性和成像效果,拟为后续生物质基CDs的制备和生物应用提供参考。实验利用纤维素水凝胶作为碳源和掺杂载体,通过一步水热法制备出了多种具有发光性能的荧光CDs;检测了CDs的得率;通过高分辨率透射电子显微镜(HRTEM)观察了CDs的形貌与显微结构;通过紫外-可见分光光度计(UV-vis)、傅里叶红外光谱(FTIR)和X射线光电子能谱(XPS)检测分析了制备得到的CDs化学结构和基团;通过荧光分光光度计(PL)以及CDs的量子产率(QY)的计算研究了CDs的光学性能。实验以人羊膜上皮细胞(AECs)为实验对象,通过LDH急性细胞毒性实验、CCK-8毒性实验研究了CDs的细胞毒性;以SPF级SD大鼠为实验对象,通过尾部静脉注射CDs,对心脏、肝脏、肺、脾脏和肾脏进行石蜡切片并HE染色,以及凋亡相关蛋白Bax和Bcl-2的酶联免疫法(ELisa)检测研究了CDs的动物安全性;以CDs与AECs和人宫颈癌细胞系(HeLa细胞)共培养的方法,以及CDs与内质网染料(ER-Tracker Red)和F-actin染料(Phalloidin TRITC)对Hela细胞共染的实验,研究了CDs在活细胞上的标记效果;最后以SD雄性大鼠为研究对象,通过尾部静脉注射后将组织进行冰冻切片观察以及匀浆检测CDs荧光强度的方法,探究了CDs的生物活体成像的可能性和成像效果。实验结果表明:1.通过纤维素水凝胶载带氢氧化钠、尿素、硫脲和硫酸铵等化学物质,成功制备出了N或S元素掺杂的CDs,其CDs的得率与纯纤维素水凝胶作为碳源相比均有所提高;2.用载带了不同化学物质的纤维素水凝胶制备所得的CDs具有相似的荧光光谱性质,其量子产率最高可达0.227±0.002,制备得到的CDs的量子产率按以下顺序降低:硫酸铵/纤维素水凝胶CDs>氢氧化钠/尿素/纤维素水凝胶CDs>尿素/纤维素水凝胶CDs>氢氧化钠/纤维素水凝胶CDs>纤维素水凝胶CDs>硫脲/纤维素水凝胶CDs。对于同种纤维素水凝胶基CDs而言,CDs的粒径越小,量子产率越高。3.纤维素水凝胶基CDs几乎没有细胞毒性和动物体内的组织毒性,可以被用于活体组织成像。4.CDs在活细胞的胞浆内呈不均匀的弥散状分布,能够有效地荧光标记出细胞形态,对内质网和肌动蛋白(F-actin)没有选择性标记功能。标记亮度由CDs的量子产率及活细胞对CDs的摄取量共同决定。对同种细胞而言,标记亮度与CDs的量子产率之间呈正相关关系;对同种CDs而言,Hela细胞的标记亮度比AECs高。5.注入大鼠体内的CDs在注射1 h后仅在肝脏,肾脏和脾脏中有残留而呈现出蓝色荧光标记效果,对其他组织无明显的标记效果。