CN104388076B - 一种水溶性荧光磁小体及其制备方法 - Google Patents

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本发明提供一种水溶性荧光磁小体及其制备方法，所述水溶性荧光磁小体包含以下组份：磁小体和半胱氨酸，并且所述半胱氨酸修饰磁小体表面。本发明采用生物矿化-表面修饰法制备了一种半胱氨酸修饰的荧光磁小体，该荧光磁小体是水溶性的，且荧光稳定性好、荧光强度高。同时，本发明的制备方法简单、易于操作，且无有毒物质参与，大大提高了荧光磁小体在磁性靶向和荧光示踪方面的应用。

Description

一种水溶性荧光磁小体及其制备方法
技术领域
本发明涉及荧光磁性材料制备领域，更具体地讲，涉及一种水溶性荧光磁小体及其制备方法。
背景技术
趋磁细菌（Magnetotacticbacteria）是一类特殊的能够沿地磁场或外加磁场定向运动的细菌。1975年，美国生物学家RichardBlakemore在研究海底淤泥中的螺旋菌时发现有一类微生物总是朝着一个方向运动，当改变外加磁场时，它的运动方向也会发生改变，对于磁场有一种趋向性行为，于是他把这种微生物命名为趋磁细菌。趋磁细菌的形态和系统具有多样性，包括杆菌、弧菌、螺旋菌、球菌以及多细胞菌。请参见图1，图1是不同形态的趋磁细菌及磁小体链的电镜照片图，其中a：螺旋菌；b,c：球菌；d,e：弧菌；f：杆状菌（标尺为1μm）；g,f：磁小体链（标尺100nm）。
趋磁细菌都具有以下几个特点：（1）都是革兰氏阴性菌；（2）都能运动，一般以鞭毛作为运动器官；（3）都是专性微好氧、兼性或专性厌氧细菌；（4）胞内有沿菌体长轴排列，由膜包被的磁小体颗粒链。
尽管趋磁细菌具有丰富的种类和普遍的存在性，但在实验室条件下培养趋磁细菌仍然是很困难的。
磁小体是趋磁细菌最重要的成分，它是趋磁细菌能够进行趋磁运动专有的细胞器。所有的趋磁细菌都含有磁小体，磁小体都是由生物膜包被的磁性颗粒，其中有Fe3O4和Fe3S4型的铁化物。铁氧化物和铁硫化物由于其具有独特的性质而得到广泛的应用。磁小体的特征表现在以下几个方面：（1）成分纯：标准培养基获得的氧化物趋磁细菌合成的磁小体成分为Fe3O4，标准培养基获得的硫化物趋磁细菌合成的磁小体成分为Fe3S4。（2）细小均匀：磁小体的尺寸大小在20～120nm，是一种纳米级别的单磁畴级晶体。（3）形态独特：目前研究发现的磁小体形态有八面体形、泪滴形、子弹形、立方体形，磁小体的形成严格受生物矿化的作用，具有较高的专属性。（4）有生物膜包被：由于这层生物膜的作用，使得磁小体不易发生团聚，具有较好的生物相容性且磁小体膜上含有丰富的生物活性集团，极大地促进了磁小体的生物利用度。
从趋磁细菌体内分离出来的磁小体代表了一类特殊的磁铁矿，与人工合成的磁铁矿相比，来自于生物体内的磁小体有着一系列独特优势。首先，磁小体颗粒具有窄的粒径分布范围和均一的形态，单晶颗粒的典型尺寸是化学合成的磁性矿物质无法比拟的。这种类型的颗粒不仅能很好地分散在人体组织内，而且表现出了超顺磁性质，它们有较高的饱和磁化强度。其次，趋磁细菌合成的无机晶体颗粒毒性较低，跟生物体有很好的相容性。分离出来的磁小体颗粒由一层生物膜包被，且生物膜上固定多种基团，能够与多种功能性基团相结合。
由于磁小体的上述独特和优越的特点，使其在应用方面更具有优势，生物合成的磁小体的潜在应用有磁力选矿、诊断和分析等。
但是，无论是趋磁细菌还是由趋磁细菌中提出的磁小体，都不具有荧光特性，从而限制了它们的应用范围。
为此，研究出了一种荧光磁小体及其制备方法，，目前有记载的荧光磁小体制备方法包括：（1）磁小体与荧光染料结合后使其发荧光，可用作核磁共振成像和近红外荧光色谱的双峰造影剂；（2）将磁小体与量子点结合合成新型纳米复合材料用于磁分离和癌细胞的荧光标记；（3）通过把磁小体蛋白与绿色荧光蛋白基因融合，在磁小体里表达，从而使其具有荧光。
上述这些方法均存在具有生物毒性、反应条件苛刻、操作麻烦、实验周期长、可重复性不强等缺点，不适合大面积推广而大大限制了荧光磁小体的应用。
因此，我们需要一种新的荧光磁小体及其制备方法，制备过程简单易行、对温度要求比较温和，制备过程无剧毒物质参与，从而是制得的荧光磁小体在磁性靶向和荧光示踪方面有更好的应用前景。
发明内容
为解决现有技术的不足，本发明提出一种半胱氨酸修饰的磁小体及其制备方法，所述制备方法具有简单、快速、无毒、条件温和等优点，制得的磁小体具有高荧光强度和光稳定性。
为实现上述目的，所采取的技术方案是：一种水溶性荧光磁小体，其特征在于，所述水溶性荧光磁小体包含以下组份：磁小体和半胱氨酸，并且所述半胱氨酸修饰磁小体表面。
在本发明一实施例中，所述磁小体与半胱氨酸的质量比为1:(10～30)。
在本发明一实施例中，所述水溶性荧光磁小体的激发波长为380nm、发射波长为530nm。
在本发明一实施例中，所述水溶性荧光磁小体的制备方法包括：
（1）提取磁小体：采用超声破碎趋磁细菌后，磁性分离得到磁小体；
（2）磁小体表面修饰：在搅拌的情况下，使步骤（1）获得的磁小体与半胱氨酸在碱性环境下室温反应24小时；其中，所述磁小体与半胱氨酸的质量比为1:(10～30)。
在本发明一实施例中，所述碱性环境是指反应体系的pH值为12。
在本发明一实施例中，所述步骤（1）中的趋磁细菌选自趋磁细菌AMB-1。
本发明还提供上述水溶性荧光磁小体的制备方法，包括：
（1）提取磁小体：采用超声破碎趋磁细菌后，磁性分离得到磁小体；
（2）磁小体表面修饰：在搅拌的情况下，使步骤（1）获得的磁小体与半胱氨酸在碱性环境下室温反应24小时；其中，所述磁小体与半胱氨酸的质量比为1:(10～30)。
在本发明一实施例中，所述碱性环境是指反应体系的pH值为12。
在本发明一实施例中，所述步骤（1）中的趋磁细菌选自趋磁细菌AMB-1。
在本发明一较优实施例中，提供一种上述水溶性荧光磁小体的制备方法，包括：
（1）提取磁小体：采用超声破碎趋磁细菌AMB-1后，磁性分离得到磁小体；
（2）磁小体表面修饰：在搅拌的情况下，使步骤（1）获得的磁小体与半胱氨酸在反应体系的pH值为12的环境下，室温反应24小时；其中，所述磁小体与半胱氨酸的质量比为1:10，1:20或1:30。
需要说明的是，在本发明中，所述趋磁细菌AMB-1(Magnetospirillumsp．AMB-l)是一种已知的菌种，是Mataunaga等从日本东京一天然淡水泉沉积物(pH6.5-7.0)中分离得到的一株螺旋形趋磁细菌，其在微好氧和厌氧条件下合成Fe3O4型磁小体。如无特殊说明，所使用的试剂均为有市售的试剂。
在本发明中，采用半胱氨酸修饰磁小体的表面，获得了具有高荧光强度和光稳定性的磁小体，克服了现有荧光磁小体荧光较弱和荧光不稳定的不足；同时，本发明的制备方法无有毒物质参与，克服了目前现有的荧光磁小体制备方法中所存在的生物毒性、制备过程复杂、使用试剂昂贵、制备条件苛刻等缺点。
本发明采用生物矿化-表面修饰法制备了一种半胱氨酸修饰的水溶性荧光磁小体，该磁小体是水溶性的，且荧光稳定性好、荧光强度高。同时，本发明的制备方法简单、易于操作，且无有毒物质参与，大大提高了荧光磁小体在磁性靶向和荧光示踪方面的应用。
附图说明
图1是不同形态的趋磁细菌及磁小体链的电镜照片图；
图2是本发明的实施例1~3的水溶性荧光磁小体的荧光激发谱图和发射谱图。
具体实施方式
以下结合实施例对本发明做详细的说明，实施例旨在解释而非限定本发明的技术方案。
实施例1
本实施例提供一种水溶性荧光磁小体的制备方法，包括以下步骤：
（1）提取磁小体：采用超声破碎趋磁细菌AMB-1后，磁性分离得到磁小体；
（2）磁小体表面修饰：在搅拌的情况下，使步骤（1）获得的磁小体与半胱氨酸在反应体系的pH值为12的环境下，室温反应24小时；其中，所述磁小体与半胱氨酸的质量比为1:10。
具体来说，本实施例的制备方法如下：
取一升培养过趋磁细菌AMB-1的培养基，离心得到趋磁细菌AMB-1，将所述趋磁细菌AMB-1用水溶解后使用超声破碎法得到磁小体，冷冻干燥得到干燥的磁小体留用。称取2.42mg磁小体加入到10ml重蒸水中，充分搅拌振荡分散，在搅拌的情况下用移液管准确移取上述磁小体水溶液，在搅拌的情况下，加入24.2mg半胱氨酸（黑暗条件下称取），并用1mol/L的氢氧化钠调节上述混合溶液的pH为12，室温下继续反应24小时（搅拌没有停止），即得目标产物水溶性荧光磁小体的水溶液。最后将制备的水溶性荧光磁小体水溶液在避光的条件下储存在4℃的冰箱中。得到的激发和发射波长分别为：Ex=380nm、Em=530nm。
实施例2
本实施例提供一种水溶性荧光磁小体的制备方法，包括以下步骤：
（1）提取磁小体：采用超声破碎趋磁细菌AMB-1后，磁性分离得到磁小体；
（2）磁小体表面修饰：在搅拌的情况下，使步骤（1）获得的磁小体与半胱氨酸在反应体系的pH值为12的环境下，室温反应24小时；其中，所述磁小体与半胱氨酸的质量比为1:20。
具体来说，本实施例的制备方法如下：
取一升培养过趋磁细菌AMB-1的培养基，离心得到趋磁细菌AMB-1，将趋磁细菌AMB-1用水溶解后使用超声破碎法得到磁小体，冷冻干燥得到干燥的磁小体留用。称取2.42mg磁小体加入到10ml重蒸水中，充分搅拌振荡分散，在搅拌的情况下用移液管准确移取上述磁小体水溶液，在搅拌的情况下，加入48.4mg半胱氨酸（黑暗条件下称取），并用1mol/L的盐酸调节上述混合溶液的pH为12，室温下继续反应24小时（搅拌没有停止），即得目标产物水溶性荧光磁小体的水溶液。最后将制备的水溶性荧光磁小体水溶液在避光的条件下储存在4℃的冰箱中。得到的激发和发射波长分别为：Ex=380nm、Em=530nm。
实施例3
本实施例提供一种水溶性荧光磁小体的制备方法，包括以下步骤：
（1）提取磁小体：采用超声破碎趋磁细菌AMB-1后，磁性分离得到磁小体；
（2）磁小体表面修饰：在搅拌的情况下，使步骤（1）获得的磁小体与半胱氨酸在反应体系的pH值为12的环境下，室温反应24小时；其中，所述磁小体与半胱氨酸的质量比为1:30。
具体来说，本实施例的制备方法如下：
取一升培养过趋磁细菌AMB-1的培养基，离心得到趋磁细菌AMB-1，将趋磁细菌AMB-1用水溶解后使用超声破碎法得到磁小体，冷冻干燥得到干燥的磁小体留用。称取2.42mg磁小体加入到10ml重蒸水中，充分搅拌振荡分散，在搅拌的情况下用移液管准确移取上述磁小体水溶液，在搅拌的情况下，加入72.6mg半胱氨酸（黑暗条件下称取），并用1mol/L的氢氧化钠调节其混合溶液的pH为12，室温下继续反应24小时（搅拌没有停止），即得目标产物水溶性荧光磁小体的水溶液。最后将制备的水溶性荧光磁小体水溶液在避光的条件下储存在4℃的冰箱中。得到的激发和发射波长分别为：Ex=380nm、Em=530nm。
请参见图2，图2是申请人获得的实施例1~3的水溶性荧光磁小体的荧光激发谱图和发射谱图。从图2中可以看出实施例1~3的水溶性荧光磁小体的激发波长为380nm、发射波长为530nm。
在本发明中，采用半胱氨酸修饰磁小体的表面，获得了具有高荧光强度和光稳定性的磁小体，克服了现有荧光磁小体荧光较弱和荧光不稳定的不足；同时，本发明的制备方法无有毒物质参与，克服了目前现有的荧光磁小体制备方法中所存在的生物毒性、制备过程复杂、使用试剂昂贵、制备条件苛刻等缺点。
本发明采用生物矿化-表面修饰法制备了一种半胱氨酸修饰的荧光磁小体，该荧光磁小体是水溶性的，且荧光稳定性好、荧光强度高。同时，本发明的制备方法简单、易于操作，且无有毒物质参与，大大提高了荧光磁小体在磁性靶向和荧光示踪方面的应用。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干改变、改进和润饰，这些改变、改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种水溶性荧光磁小体，其特征在于，所述水溶性荧光磁小体包含以下组份：磁小体和半胱氨酸，并且所述半胱氨酸修饰磁小体表面。
2.如权利要求1所述的水溶性荧光磁小体，其特征在于，所述磁小体与半胱氨酸的质量比为1:(10～30)。
3.如权利要求1所述的水溶性荧光磁小体，其特征在于，所述水溶性荧光磁小体的制备方法包括：
(1)提取磁小体：采用超声破碎趋磁细菌后，磁性分离得到磁小体；
(2)磁小体表面修饰：在搅拌的情况下，使步骤(1)获得的磁小体与半胱氨酸在碱性环境下室温反应24小时；其中，所述磁小体与半胱氨酸的质量比为1:(10～30)。
4.如权利要求3所述的水溶性荧光磁小体，其特征在于，所述碱性环境是指反应体系的pH值为12。
5.如权利要求3所述的水溶性荧光磁小体，其特征在于，所述步骤(1)中的趋磁细菌选自趋磁细菌AMB-1。
6.一种权利要求1所述的水溶性荧光磁小体的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括：
(1)提取磁小体：采用超声破碎趋磁细菌后，磁性分离得到磁小体；
(2)磁小体表面修饰：在搅拌的情况下，使步骤(1)获得的磁小体与半胱氨酸在碱性环境下室温反应24小时；其中，所述磁小体与半胱氨酸的质量比为1:(10～30)。
7.如权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述碱性环境是指反应体系的pH值为12。
8.如权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中的趋磁细菌选自趋磁细菌AMB-1。
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