CN109135737A - 一种氮掺杂碳量子点及其制备方法和应用 - Google Patents

一种氮掺杂碳量子点及其制备方法和应用 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种由含多糖化合物与阳离子聚合物制备的氮掺杂碳量子点的制备方法，即以含多糖化合物作为碳源，加入阳离子聚合物作为氮源，溶解于溶剂中，得到前躯体溶液，将前躯体溶液转移至密闭容器中反应，反应完成后，冷却至室温得到悬浊液，用透析法分离，冻干，得到氮掺杂碳量子点。本发明还提供了氮掺杂碳量子点作为基因递送载体的应用。本发明采用热溶剂一锅法制备氮掺杂碳量子点，反应简单，制备成本低，原料简单易得，产率高，在细胞转染过程中可以达到高效转染效果，转染过程对细胞产生的毒性较小，能有效且安全地将DNA分子输送到细胞中，是兼具高效、低毒、价格低廉、合成简易等优点的基因转染载体。

Description

一种氮掺杂碳量子点及其制备方法和应用
技术领域
本发明涉及高分子化学和生物材料技术领域，具体涉及一种由含多糖化合物与阳离子聚合物制备的氮掺杂碳量子点的制备方法及其在基因转染方面的应用。
背景技术
基因治疗是一种将外源DNA、RNA或者有治疗作用的基因通过载体导入真核细胞的技术手段。而在实验中常见的基因载体可以分为病毒型载体和非病毒型载体两种。病毒型载体一般效率比较高，但是由于其本身就是病的基因，因而有一定的安全隐患，并且病毒性载体制备方法复杂，大批量合成制作比较难，这些原因大大的制约了其在基因治疗上面的应用。而非病毒型载体虽然转染效率低于病毒载体，但由于制备条件简单、操作方便，而且具有低毒性，近年来引起了人们很多关注。理想的非病毒型载体一般具备以下几个特点：安全、毒性低，具有良好的生物相容性，制备简单并且重复性比较好，可以在体内降解；可与基因(DNA、siRNA)紧密结合，保护基因免受核酸酶降解；可以促进细胞对于基因的吸收，并辅助基因逃离溶酶体；最好具有靶向性能和核定位功能，可促进DNA进入细胞核。
聚乙烯亚胺(PEI)，一种阳离子聚合物，已经成为非病毒载体的黄金标准，常被用来评估新材料用于基因传递的可能性。由于较强的DNA亲和力和内涵体逃逸能力，高分子量的PEI(Mw＝25kDa)能够有效转染多种细胞。但是大量正电荷和不可降解性导致高分子量的PEI细胞毒性非常大，尤其是体内细胞毒性。PEI 25k没有生物可降解性，引起长期的细胞毒性。
碳量子点是一种粒径小于10nm，微观近乎准球形、表面富含有机官能团、具有荧光性能的碳纳米颗粒，碳量子点不仅保持了传统碳材料良好的光、热和机械性能，还具有在水中良好的溶解度、优越的化学惰性、低毒性、易功能化、独特的发光、良好的生物相容性和抗光漂白性等优势。基于这些优异的特性，碳量子点在细胞成像、靶向示踪、分析化学、光学器件和药物载体等方面都有潜在应用价值。由于缺乏基因包裹能力，碳量子点很难应用在基因载体方面。
目前，文献已公开了少量碳量子点作为基因载体的应用，但是这些碳量子点的基因转染效果低、适用范围窄且细胞毒性大，几乎无法在体内得到应用。Yang报道了一种用1.8kDa BPEI和叶酸在180℃反应6h得到蓝色荧光碳量子点，该量子点对HepG2细胞具有靶向转染的效果(One-step synthesis of photoluminescent carbon dots withexcitation-independent emission for selective bioimaging and gene delivery[J].Journal of colloid and interface science,2017,492:1-7.)。上述量子点的细胞转染效率只与25kDa PEI相当，且适用的细胞范围窄，因此制约了其在临床医学上的广泛应用。
发明内容
本发明克服现有碳量子点作为基因转染试剂的不足，创新地利用含多糖化合物和阳离子聚合物制备一种新型的氮掺杂碳量子点，可用于高效、安全、低毒的基因转染。本方法制备得到的氮掺杂碳量子点具有高转染效率、低细胞毒性特点，发明方法简易，制备成本低，原料简单易得。
在一方面，本发明提供了一种由含多糖化合物与阳离子聚合物制备的氮掺杂碳量子点的制备方法，即以含多糖化合物作为碳源，加入阳离子聚合物作为氮源，溶解于溶剂中，得到前躯体溶液，将前躯体溶液转移至密闭容器中反应，反应完成后，冷却至室温得到悬浊液，用透析法分离，冻干，得到氮掺杂碳量子点。
进一步地，多糖化合物为壳聚糖、索拉胶或纤维素。
进一步地，阳离子聚合物为线性聚乙烯亚胺或支化聚乙烯亚胺，分别如下式(I)、式(II)所示；
其中x，y为支化单元重复数量。
再进一步地，阳离子聚合物的分子量为600-25000。
进一步地，含多糖化合物的浓度为1-150mmol·L-1。
再进一步地，阳离子聚合物的浓度为1-100mmol·L-1。
更进一步地，溶剂为水。
再进一步地，反应时间为1-12h。
更进一步地，密闭容器包括高压反应釜、焖罐。
另一方面，本发明还提供了上述方法制备的氮掺杂碳量子点及其在体外作为基因递送载体的高效应用。
本发明提出一种新的基于含多糖化合物和阳离子聚合物制备的氮掺杂碳量子点的基因转染载体及其复合物在体外作为质粒递送载体的应用。
本发明还提出了所述的制备方法制备的氮掺杂碳量子点作为质粒递送载体的方法，氮掺杂碳量子点基因转染载体与质粒在室温孵育并形成稳定的基因转染复合物，进一步对细胞进行基因转染，完成基因转染过程。
本发明以增强绿色荧光蛋白基因(EGFP)作为报告基因，利用本发明基因递送载体输送质粒，实验表明本发明具有以下优点：本发明在保持高的基因转染效率的同时，保持较好的生物相容性。通过基因转染实验发现，在优化的质量比条件下，所述的本发明的氮掺杂碳量子点基因转染效率远远高于25kDa PEI和Lipofectamine 2000(Lipo 2000)在优化条件下的基因转染效率，这体现了本发明材料在细胞转染应用中高效转染的特点；通过MTT细胞毒性检测实验发现，本发明转染基因载体的细胞毒性较低，在高转染效率的浓度下细胞存活率大于90％，且具有良好的生物相容性。本方法利用含多糖化合物和阳离子聚合物制备具有高转染效率、低细胞毒性的氮掺杂碳量子点，发明方法简单，制备成本低，原料简单易得。
附图说明
图1是实施例1制备的氮掺杂碳量子点的TEM图。
图2是实施例1制备的氮掺杂碳量子点的XPS图。
图3是实施例1制备的氮掺杂碳量子点与DNA形成的复合物的琼脂糖凝胶电泳图。
图4是实施例1制备的氮掺杂碳量子点与DNA形成的复合物的动态光散射检测数据图。
图5是实施例1制备的氮掺杂碳量子点与DNA形成的复合物的Zeta电势检测数据图。
图6是实施例1制备的氮掺杂碳量子点和对照组PEI25K用于HEK 293T细胞的转染EGFP质粒的转染图、流式细胞定量图。
图7是实施例1制备的氮掺杂碳量子点和对照组PEI25K用于COS-7细胞的转染EGFP质粒的转染图和流式细胞定量图。
具体实施方式
以下结合具体实施例和伴随附图，对本发明作进一步的详细说明，本发明的保护内容不局限于以下实施例。在不背离本发明构思的精神和范围下，本领域技术人员能够想到的变化和优点都被包括在本发明中，并且以所附的权利要求书为保护范围。
实施例1
以壳聚糖作为碳源，再加入1.8kDa BPEI作为氮源，溶解于水中，得到前躯体溶液(壳聚糖浓度为70mmol/L，1.8kDa BPEI浓度为35mmol/L)，再将前躯体溶液转移至聚四氟乙烯的高压反应釜中于180℃条件下反应6h，冷却至室温得到悬浊液，用透析法分离，冻干，得到氮掺杂碳量子点(CDs)。
图1是CDs的TEM图，可以看出氮掺杂碳量子点的尺寸均一，大约在5nm左右，并且分散均匀。图2是CDs的XPS图，可以看出图中有3个信号，分别是285.04eV(C)、398.37eV(N)和530.41(O)。
图3，图4和图5是CDs与DNA形成的复合物的琼脂糖凝胶电泳图、动态光散射检测数据图和Zeta电势检测数据图。可以看出，当CDs/DNA质量比为0.8时，CDs能完全中和DNA的负电荷，形成复合物，DNA被滞留在琼脂糖凝胶的加样孔中。相同质量比0.8时，PEI(1800DA)也可以完全包裹DNA成电中性或正电性的复合物，在泳道正极方向出现明显的亮带，表明相同质量的CDs和PEI(1800DA)对与DNA的亲和力相当。而当CDs与DNA以2:1质量比结合时可以稳定形成尺寸小于200nm的纳米复合物，其Zeta电势大约30mV。
基因转染效率：将CDs和EGFP质粒在室温下形成复合物，然后在HEK293T细胞和COS-7细胞中进行转染，以通过流式细胞术检测EGFP的表达量来评估载体的基因转染效率。具体方法：将HEK 293T细胞培养在24孔板中孵育24h，将CDs与1μg EGFP质粒以最优质量比的比例混合后加入PBS缓冲液混匀，体积为100μL，静置15-30min后加入200μL不含血清的培养基。将含有复合物的培养基与细胞一起孵育4-6h后，用900μL含10％血清的完全培养基替代孔中的培养液。对于HEK 293T，培养24h后，用胰酶消化，并用150μLPBS缓冲液重悬，立即用流式细胞仪检测成功转染EGFP的细胞百分比。对于COS-7细胞，培养48h后，用胰酶消化，同样用流式细胞仪检测成功转染EGFP的细胞百分比。1.8kDa BPEI作为阴性对照，25kDaPEI和Lipo 2000作为阳性对照。实验结果：图6为CDs与其它转染试剂在HEK 293T细胞中转染EGFP质粒的转染效率对比图，图7为CDs与其它转染载体在COS-7细胞中转染EGFP质粒的转染效率对比图。图6和图7表明：CDs在HEK 293T细胞中的最佳转染效率80.13％，在COS-7细胞中的最佳转染效率58.87％，明显高于25kDa PEI(HEK 293T～41.73％，COS-7～34.90％)的最佳转染效率，且转染EGFP平均荧光强度也是一样的现象。
细胞毒性：研究CDs与EGFP质粒形成的基因复合物对细胞的毒性。具体实验方法：在96孔板中孵育HEK 293T细胞和COS-7细胞，细胞密度大约104个/孔，培养24h后将培养基移出，加入100μL含有与细胞转染过程相同量的基因转染载体复合物的新鲜培养基(含10％血清)，培养48h后，通过MTT法检测细胞存活率。CDs与其他转染试剂与EGFP质粒的基因复合物对HEK 293T细胞和COS-7细胞的毒性比对。表明在最佳细胞转染条件下，CDs处理后的HEK293T细胞和COS-7细胞的存活率大于90％，即较低的细胞毒性，具有较高的生物安全性。
实施例2
以壳聚糖作为碳源，再加入1.8kDa LPEI作为氮源，溶解水中，得到前躯体溶液，再将前躯体溶液转移至聚四氟乙烯的高压反应釜中于180℃条件下反应6h，冷却至室温得到悬浊液，再用透析法分离，冻干，得到氮掺杂碳量子点。基因转染效率实验和细胞毒性实验参照实施例1。本实施例中所制备的基因转染载体最佳HEK 293T细胞的效率(71.21％)和COS-7细胞的效率(44.24％)。本实施例中所制备的基因转染试剂处理后的HEK 293T细胞和COS-7细胞的存活率大于90％，即较低的细胞毒性，具有较高的生物安全性。
实施例3
以壳聚糖作为碳源，再加入1.8kDa BPEI作为氮源，溶解水中，得到前躯体溶液，再将前躯体溶液转移至聚四氟乙烯的高压反应釜中于100℃条件下反应6h，冷却至室温得到悬浊液，再用透析法分离，冻干，得到氮掺杂碳量子点。基因转染效率实验和细胞毒性实验参照实施例1。本实施例中所制备的基因转染载体最佳HEK 293T细胞的效率(80.11％)和COS-7细胞的效率(56.29％)。本实施例中所制备的基因转染试剂处理后的HEK 293T细胞和COS-7细胞的存活率大于80％，即较低的细胞毒性，具有较高的生物安全性。
实施例4
以壳聚糖作为碳源，再加入1.8kDa BPEI作为氮源，溶解水中，得到前躯体溶液，再将前躯体溶液转移至聚四氟乙烯的高压反应釜中于250℃条件下反应6h，冷却至室温得到悬浊液，再用透析法分离，冻干，得到氮掺杂碳量子点。基因转染效率实验和细胞毒性实验参照实施例1。本实施例中所制备的基因转染载体最佳HEK 293T细胞的效率(72.87％)和COS-7细胞的效率(42.36％)。本实施例中所制备的基因转染试剂处理后的HEK 293T细胞和COS-7细胞的存活率大于90％，即较低的细胞毒性，具有较高的生物安全性。
实施例5
以壳聚糖作为碳源，再加入1.8kDa BPEI作为氮源，溶解水中，得到前躯体溶液，再将前躯体溶液转移至聚四氟乙烯的高压反应釜中于180℃条件下反应1h，冷却至室温得到悬浊液，再用透析法分离，冻干，得到氮掺杂碳量子点。基因转染效率实验和细胞毒性实验参照实施例1。本实施例中所制备的基因转染载体最佳HEK 293T细胞的效率(74.49％)和COS-7细胞的效率(41.26％)。本实施例中所制备的基因转染试剂处理后的HEK 293T细胞和COS-7细胞的存活率大于90％，即较低的细胞毒性，具有较高的生物安全性。
实施例6
以壳聚糖作为碳源，再加入1.8kDa BPEI作为氮源，溶解水中，得到前躯体溶液，再将前躯体溶液转移至聚四氟乙烯的高压反应釜中于180℃条件下反应12h，冷却至室温得到悬浊液，再用透析法分离，冻干，得到氮掺杂碳量子点。基因转染效率实验和细胞毒性实验参照实施例1。本实施例中所制备的基因转染载体最佳HEK 293T细胞的效率(82.67％)和COS-7细胞的效率(58.64％)。本实施例中所制备的基因转染试剂处理后的HEK 293T细胞和COS-7细胞的存活率大于90％，即较低的细胞毒性，具有较高的生物安全性。
实施例7
以壳聚糖作为碳源，再加入600Da BPEI作为氮源，溶解水中，得到前躯体溶液，再将前躯体溶液转移至聚四氟乙烯的高压反应釜中于180℃条件下反应6h，冷却至室温得到悬浊液，再用透析法分离，冻干，得到氮掺杂碳量子点。基因转染效率实验和细胞毒性实验参照实施例1。本实施例中所制备的基因转染载体最佳HEK 293T细胞的效率(52.21％)和COS-7细胞的效率(21.25％)。本实施例中所制备的基因转染试剂处理后的HEK 293T细胞和COS-7细胞的存活率大于90％，即较低的细胞毒性，具有较高的生物安全性。
实施例8
以壳聚糖作为碳源，再加入25kDa BPEI作为氮源，溶解水中，得到前躯体溶液，再将前躯体溶液转移至聚四氟乙烯的高压反应釜中于180℃条件下反应6h，冷却至室温得到悬浊液，再用透析法分离，冻干，得到氮掺杂碳量子点。基因转染效率实验和细胞毒性实验参照实施例1。本实施例中所制备的基因转染载体最佳HEK 293T细胞的效率(10.02％)和COS-7细胞的效率(5.10％)。本实施例中所制备的基因转染试剂处理后的HEK 293T细胞和COS-7细胞的存活率大于40％，即较低的细胞毒性，具有较高的生物安全性。
实施例9
以索拉胶多糖作为碳源，再加入1.8kDa BPEI作为氮源，溶解水中，得到前躯体溶液，再将前躯体溶液转移至聚四氟乙烯的高压反应釜中于180℃条件下反应6h，冷却至室温得到悬浊液，再用透析法分离，冻干，得到氮掺杂碳量子点。基因转染效率实验和细胞毒性实验参照实施例1。本实施例中所制备的基因转染载体最佳HEK 293T细胞的效率(69.39％)和COS-7细胞的效率(56.98％)。本实施例中所制备的基因转染试剂处理后的HEK 293T细胞和COS-7细胞的存活率大于90％，即较低的细胞毒性，具有较高的生物安全性。
实施例10
以索拉胶作为碳源，再加入1.8kDa LPEI作为氮源，溶解水中，得到前躯体溶液，再将前躯体溶液转移至聚四氟乙烯的高压反应釜中于180℃条件下反应6h，冷却至室温得到悬浊液，再用透析法分离，冻干，得到氮掺杂碳量子点。基因转染效率实验和细胞毒性实验参照实施例1。本实施例中所制备的基因转染载体最佳HEK 293T细胞的效率(58.35％)和COS-7细胞的效率(50.74％)。本实施例中所制备的基因转染试剂处理后的HEK 293T细胞和COS-7细胞的存活率大于90％，即较低的细胞毒性，具有较高的生物安全性。
实施例11
以索拉胶作为碳源，再加入1.8kDa BPEI作为氮源，溶解水中，得到前躯体溶液，再将前躯体溶液转移至聚四氟乙烯的高压反应釜中于100℃条件下反应6h，冷却至室温得到悬浊液，再用透析法分离，冻干，得到氮掺杂碳量子点。基因转染效率实验和细胞毒性实验参照实施例1。本实施例中所制备的基因转染载体最佳HEK 293T细胞的效率(68.41％)和COS-7细胞的效率(51.36％)。本实施例中所制备的基因转染试剂处理后的HEK 293T细胞和COS-7细胞的存活率大于80％，即较低的细胞毒性，具有较高的生物安全性。
实施例12
以索拉胶作为碳源，再加入1.8kDa BPEI作为氮源，溶解水中，得到前躯体溶液，再将前躯体溶液转移至聚四氟乙烯的高压反应釜中于250℃条件下反应6h，冷却至室温得到悬浊液，再用透析法分离，冻干，得到氮掺杂碳量子点。基因转染效率实验和细胞毒性实验参照实施例1。本实施例中所制备的基因转染载体最佳HEK 293T细胞的效率(65.68％)和COS-7细胞的效率(50.64％)。本实施例中所制备的基因转染试剂处理后的HEK 293T细胞和COS-7细胞的存活率大于90％，即较低的细胞毒性，具有较高的生物安全性。
实施例13
以索拉胶作为碳源，再加入1.8kDa BPEI作为氮源，溶解水中，得到前躯体溶液，再将前躯体溶液转移至聚四氟乙烯的高压反应釜中于180℃条件下反应1h，冷却至室温得到悬浊液，再用透析法分离，冻干，得到氮掺杂碳量子点。基因转染效率实验和细胞毒性实验参照实施例1。本实施例中所制备的基因转染载体最佳HEK 293T细胞的效率(61.35％)和COS-7细胞的效率(49.67％)。本实施例中所制备的基因转染试剂处理后的HEK 293T细胞和COS-7细胞的存活率大于90％，即较低的细胞毒性，具有较高的生物安全性。
实施例14
以索拉胶作为碳源，再加入1.8kDa BPEI作为氮源，溶解水中，得到前躯体溶液，再将前躯体溶液转移至聚四氟乙烯的高压反应釜中于180℃条件下反应12h，冷却至室温得到悬浊液，再用透析法分离，冻干，得到氮掺杂碳量子点。基因转染效率实验和细胞毒性实验参照实施例1。本实施例中所制备的基因转染载体最佳HEK 293T细胞的效率(50.67％)和COS-7细胞的效率(45.27％)。本实施例中所制备的基因转染试剂处理后的HEK 293T细胞和COS-7细胞的存活率大于90％，即较低的细胞毒性，具有较高的生物安全性。
实施例15
以索拉胶作为碳源，再加入600Da BPEI作为氮源，溶解水中，得到前躯体溶液，再将前躯体溶液转移至聚四氟乙烯的高压反应釜中于180℃条件下反应6h，冷却至室温得到悬浊液，再用透析法分离，冻干，得到氮掺杂碳量子点。基因转染效率实验和细胞毒性实验参照实施例1。本实施例中所制备的基因转染载体最佳HEK 293T细胞的效率(30.12％)和COS-7细胞的效率(21.02％)。本实施例中所制备的基因转染试剂处理后的HEK 293T细胞和COS-7细胞的存活率大于90％，即较低的细胞毒性，具有较高的生物安全性。
实施例16
以索拉胶作为碳源，再加入25kDa BPEI作为氮源，溶解水中，得到前躯体溶液，再将前躯体溶液转移至聚四氟乙烯的高压反应釜中于180℃条件下反应6h，冷却至室温得到悬浊液，再用透析法分离，冻干，得到氮掺杂碳量子点。基因转染效率实验和细胞毒性实验参照实施例1。本实施例中所制备的基因转染载体最佳HEK 293T细胞的效率(9.01％)和COS-7细胞的效率(2.15％)。本实施例中所制备的基因转染试剂处理后的HEK 293T细胞和COS-7细胞的存活率大于90％，即较低的细胞毒性，具有较高的生物安全性。
实施例17
以纤维素作为碳源，再加入1.8kDa BPEI作为氮源，溶解水中，得到前躯体溶液，再将前躯体溶液转移至聚四氟乙烯的高压反应釜中于180℃条件下反应6h，冷却至室温得到悬浊液，再用透析法分离，冻干，得到氮掺杂碳量子点。基因转染效率实验和细胞毒性实验参照实施例1。本实施例中所制备的基因转染载体最佳HEK 293T细胞的效率(55.01％)和COS-7细胞的效率(40.08％)。本实施例中所制备的基因转染试剂处理后的HEK 293T细胞和COS-7细胞的存活率大于90％，即较低的细胞毒性，具有较高的生物安全性。
实施例18
以纤维素作为碳源，再加入1.8kDa LPEI作为氮源，溶解水中，得到前躯体溶液，再将前躯体溶液转移至聚四氟乙烯的高压反应釜中于180℃条件下反应6h，冷却至室温得到悬浊液，再用透析法分离，冻干，得到氮掺杂碳量子点。基因转染效率实验和细胞毒性实验参照实施例1。本实施例中所制备的基因转染载体最佳HEK 293T细胞的效率(50.21％)和COS-7细胞的效率(40.12％)。本实施例中所制备的基因转染试剂处理后的HEK 293T细胞和COS-7细胞的存活率大于90％，即较低的细胞毒性，具有较高的生物安全性。
实施例19
以纤维素作为碳源，再加入1.8kDa BPEI作为氮源，溶解水中，得到前躯体溶液，再将前躯体溶液转移至聚四氟乙烯的高压反应釜中于100℃条件下反应6h，冷却至室温得到悬浊液，再用透析法分离，冻干，得到氮掺杂碳量子点。基因转染效率实验和细胞毒性实验参照实施例1。本实施例中所制备的基因转染载体最佳HEK 293T细胞的效率(49.21％)和COS-7细胞的效率(42.01％)。本实施例中所制备的基因转染试剂处理后的HEK 293T细胞和COS-7细胞的存活率大于80％，即较低的细胞毒性，具有较高的生物安全性。
实施例20
以纤维素作为碳源，再加入1.8kDa BPEI作为氮源，溶解水中，得到前躯体溶液，再将前躯体溶液转移至聚四氟乙烯的高压反应釜中于250℃条件下反应6h，冷却至室温得到悬浊液，再用透析法分离，冻干，得到氮掺杂碳量子点。基因转染效率实验和细胞毒性实验参照实施例1。本实施例中所制备的基因转染载体最佳HEK 293T细胞的效率(30.02％)和COS-7细胞的效率(34.02％)。本实施例中所制备的基因转染试剂处理后的HEK 293T细胞和COS-7细胞的存活率大于90％，即较低的细胞毒性，具有较高的生物安全性。
实施例21
以纤维素作为碳源，再加入1.8kDa BPEI作为氮源，溶解水中，得到前躯体溶液，再将前躯体溶液转移至聚四氟乙烯的高压反应釜中于180℃条件下反应1h，冷却至室温得到悬浊液，再用透析法分离，冻干，得到氮掺杂碳量子点。基因转染效率实验和细胞毒性实验参照实施例1。本实施例中所制备的基因转染载体最佳HEK 293T细胞的效率(31.02％)和COS-7细胞的效率(30.21％)。本实施例中所制备的基因转染试剂处理后的HEK 293T细胞和COS-7细胞的存活率大于90％，即较低的细胞毒性，具有较高的生物安全性。
实施例22
以纤维素作为碳源，再加入1.8kDa BPEI作为氮源，溶解水中，得到前躯体溶液，再将前躯体溶液转移至聚四氟乙烯的高压反应釜中于180℃条件下反应12h，冷却至室温得到悬浊液，再用透析法分离，冻干，得到氮掺杂碳量子点。基因转染效率实验和细胞毒性实验参照实施例1。本实施例中所制备的基因转染载体最佳HEK 293T细胞的效率(38.02％)和COS-7细胞的效率(30.45％)。本实施例中所制备的基因转染试剂处理后的HEK 293T细胞和COS-7细胞的存活率大于90％，即较低的细胞毒性，具有较高的生物安全性。
实施例23
以纤维素作为碳源，再加入600Da BPEI作为氮源，溶解水中，得到前躯体溶液，再将前躯体溶液转移至聚四氟乙烯的高压反应釜中于180℃条件下反应6h，冷却至室温得到悬浊液，再用透析法分离，冻干，得到氮掺杂碳量子点。基因转染效率实验和细胞毒性实验参照实施例1。本实施例中所制备的基因转染载体最佳HEK 293T细胞的效率(21.02％)和COS-7细胞的效率(20.12％)。本实施例中所制备的基因转染试剂处理后的HEK 293T细胞和COS-7细胞的存活率大于90％，即较低的细胞毒性，具有较高的生物安全性。
实施例24
以纤维素作为碳源，再加入25kDa BPEI作为氮源，溶解水中，得到前躯体溶液，再将前躯体溶液转移至聚四氟乙烯的高压反应釜中于180℃条件下反应6h，冷却至室温得到悬浊液，再用透析法分离，冻干，得到氮掺杂碳量子点。基因转染效率实验和细胞毒性实验参照实施例1。本实施例中所制备的基因转染载体最佳HEK 293T细胞的效率(4.01％)和COS-7细胞的效率(2.05％)。本实施例中所制备的基因转染试剂处理后的HEK 293T细胞和COS-7细胞的存活率大于90％，即较低的细胞毒性，具有较高的生物安全性。
以上所述实施例仅是为充分说明本发明而所举的较佳的实施例，本发明的保护范围不限于此。本技术领域的技术人员在本发明基础上所作的等同替代或变换，均在本发明的保护范围之内。本发明的保护范围以权利要求书为准。

Claims (10)

1.一种氮掺杂碳量子点的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
将多糖化合物、阳离子聚合物溶解于溶剂中，得到前躯体溶液；及
将所述前躯体溶液在密闭容器中于100-250℃进行反应，反应完成后，冷却至室温得到悬浊液，用透析法分离，冻干，得到氮掺杂碳量子点。
2.根据权利要求1所述的氮掺杂碳量子点的制备方法，其特征在于，所述多糖化合物为壳聚糖、索拉胶和纤维素中的一种或几种。
3.根据权利要求1所述的氮掺杂碳量子点的制备方法，其特征在于，所述阳离子聚合物为线性聚乙烯亚胺或支化聚乙烯亚胺。
4.根据权利要求3所述的氮掺杂碳量子点的制备方法，其特征在于，所述阳离子聚合物的分子量为600-25000Da。
5.根据权利要求1所述的氮掺杂碳量子点的制备方法，其特征在于，所述前驱体溶液中，多糖化合物的浓度为1-150mmol·L-1。
6.根据权利要求1所述的氮掺杂碳量子点的制备方法，其特征在于，所述前驱体溶液中，阳离子聚合物的浓度为1-100mmol·L-1。
7.根据权利要求1所述的氮掺杂碳量子点的制备方法，其特征在于，所述溶剂为水、乙醇和DMF中的一种或几种。
8.根据权利要求1所述的氮掺杂碳量子点的制备方法，其特征在于，反应时间为1-12h。
9.一种由根据权利要求1所述的方法制得的氮掺杂碳量子点。
10.根据权利要求9所述的氮掺杂碳量子点在体外作为基因递送载体的应用。
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112080277A (zh) * 2020-09-22 2020-12-15 江苏普瑞康生物医药科技有限公司 一种氮掺杂碳量子点及其制备方法和用途
CN115812699A (zh) * 2022-11-29 2023-03-21 贵州大学 一种作为核酸载体递送dsRNA的碳基纳米材料及其制备方法与应用
CN116814257A (zh) * 2023-06-29 2023-09-29 石河子大学 一种氮掺杂碳量子点及其制备方法与应用

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102492724A (zh) * 2011-12-08 2012-06-13 天津大学 一种纳米碳量子点-聚乙烯亚胺复合转基因载体及其制备方法和应用
CN104974750A (zh) * 2015-07-23 2015-10-14 太原理工大学 一种基于聚乙烯亚胺分解的碳量子点制备方法
KR20160110762A (ko) * 2015-03-12 2016-09-22 주식회사 레모넥스 생리활성물질 전달을 위한 탄소나노입자-고분자 복합체의 합성과 이의 용도
CN106672940A (zh) * 2016-12-26 2017-05-17 长春工业大学 一种正电性的基因载体功能的聚合物荧光碳量子点的制备方法及应用
BR102016017712A2 (pt) * 2016-07-29 2018-02-14 Universidade Federal De Minas Gerais Nanopartículas de carbono funcionalizadas para entrega de ácidos nucléicos, processo de preparo e uso

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102492724A (zh) * 2011-12-08 2012-06-13 天津大学 一种纳米碳量子点-聚乙烯亚胺复合转基因载体及其制备方法和应用
KR20160110762A (ko) * 2015-03-12 2016-09-22 주식회사 레모넥스 생리활성물질 전달을 위한 탄소나노입자-고분자 복합체의 합성과 이의 용도
CN104974750A (zh) * 2015-07-23 2015-10-14 太原理工大学 一种基于聚乙烯亚胺分解的碳量子点制备方法
BR102016017712A2 (pt) * 2016-07-29 2018-02-14 Universidade Federal De Minas Gerais Nanopartículas de carbono funcionalizadas para entrega de ácidos nucléicos, processo de preparo e uso
CN106672940A (zh) * 2016-12-26 2017-05-17 长春工业大学 一种正电性的基因载体功能的聚合物荧光碳量子点的制备方法及应用

Non-Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
ABHAY SACHDEV ET AL.,: "Implications of surface passivation on physicochemical and bioimaging properties of carbon dots", 《RSC ADV.》 *
JIAXIN CHEN ET AL.,: "Porphyra polysaccharide-derived carbon dots for non-viral co-delivery of different gene combinations and neuronal differentiation of ectodermal mesenchymal stem cells", 《NANOSCALE》 *
XUDONG YANG ET AL.,: "One-step synthesis of photoluminescent carbon dots with excitation independent emission for selective bioimaging and gene delivery", 《JOURNAL OF COLLOID AND INTERFACE SCIENCE》 *

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112080277A (zh) * 2020-09-22 2020-12-15 江苏普瑞康生物医药科技有限公司 一种氮掺杂碳量子点及其制备方法和用途
CN115812699A (zh) * 2022-11-29 2023-03-21 贵州大学 一种作为核酸载体递送dsRNA的碳基纳米材料及其制备方法与应用
CN116814257A (zh) * 2023-06-29 2023-09-29 石河子大学 一种氮掺杂碳量子点及其制备方法与应用
CN116814257B (zh) * 2023-06-29 2024-03-22 石河子大学 一种氮掺杂碳量子点及其制备方法与应用

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