CN109705861B - 用于临床骨骼体内成像的量子点的制备方法及成像方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种用于临床骨骼体内成像的量子点的制备方法，具体如下：取适量β‑乳球蛋白水溶液（β‑lactoglobulin，LG）与Pb(CH3COO)2水溶液混合，室温条件下混合搅拌5min；然后用1M NaOH将混合溶液的pH值滴定到7.5；将适量Na2S快速注入所述pH值为7.5的溶液中，加热到100℃，并在微波辐射下维持30s，得到最后产物LG‑PbS QDs。利用前述方法制备的量子点的成像方法如下：在实验对象体内注入一定量的LG‑PbS QDs，采用808nm二极管激光器、850‑1000nm的短通滤波器作为激发源，利用InGaAs CCD相机采集NIR‑II荧光图像，发射信号经过1100nm长波通滤波器的过滤；在不同时间点分别记录其信号，同时进行808nm激光器激发下的NIR‑II Movie成像。本发明提供的量子点的制备及成像方法，节能环保，实现无创无辐射动物体内骨骼成像。

Description

用于临床骨骼体内成像的量子点的制备方法及成像方法
技术领域
本发明涉及一种用于临床骨骼体内成像的量子点的制备方法及成像方法，属于骨骼系统成像技术领域。
背景技术
自1895年德国伦琴（Roentgen）发现X线，1896年X线运用于临床至今，X线成像目前仍是骨骼疾患最常规的诊断方法。尽管现代影像技术，诸如CT（Computed Tomography）、MRI（Magnetic Resonance Imaging）及ECT（Emission Computed Tomography）包括SPECT（single-photon ECT）和PET（positron ECT）等对疾病诊断显示出很大的优越性，尤其对于骨骼系统成像，CT仍需依赖高能量X线辅助；MRI成像虽无电离辐射但对骨组织的敏感性及分辨率不及CT和X线，对带有心脏起搏器的患者或有某些金属异物的部位不能首选作MRI的检查，另外价格昂贵等因素限制了其在骨骼成像中的应用；至于ECT不仅能进行平面显像和断层显像，而且可以行静态显像和动态显像以及局部显像和全身显像，临床经常用于骨骼等部位肿瘤的检查，尤其常用于骨转移性肿瘤的检测，但由于其成像的基本原理仍是通过将放射性同位素注入人体，经代谢后在脏器内外或病变部位和正常组织之间形成放射性浓度差异，将探测到的这些差异，通过计算机处理后再成像，因此在临床应用仍带来一定制约。
上述成像方法仍存在如下缺陷及不足：1.临床骨骼成像主要基于X线的穿透性、荧光效应和感光效应，制约了人体不能长时间使用；2.X线所具有的电离辐射，不仅对病人的健康构成一定的影响，而且给医务人员也带来潜在的危害，尤其对于孕妇及婴幼儿更是受到制约，在临床使用中给医患带来不少顾虑；3.X线成像是二维静态成像，不能够动态观察骨组织代谢情况，不能更具体地反应出骨骼及其周围组织的血供及代谢状态；4.对于人体不规则骨骼（如胸骨、肋骨、肩胛骨等）不能清晰成像，最终仍需借助高能量CT甄别。综上，目前尚无安全可靠的骨骼成像技术。
随着科技的快速发展，人们对疾病诊断要求也不断提高，基于纳米探针的生物成像技术自发现以来就引起了科学研究者的广泛关注。量子点（quantum dots，ODs）作为一类新的半导体纳米荧光材料，与传统的有机荧光染料相比表现出优越的光学特性，呈现出良好的生物标记特性。量子点含Ⅲ-Ⅴ族、Ⅱ-Ⅵ族或Ⅳ族元素，由于具有激发光谱宽、发射光谱窄、荧光量子产率高、化学与光稳定性高、水溶性与生物相容性好等优点，成为一种极具吸引力的生物成像探针。尤其在细胞标记、临床靶向生物成像等领域呈现出其独特的光学特性，越来越多的用于生物体成像。
发明内容
目的：基于目前临床骨骼成像仍是主要依赖X线，在临床使用中给医患双方带来潜在的危害；鉴于荧光成像技术具有检测灵敏度高、经济便捷、无辐射危害等优点，本发明设计一种用于临床骨骼体内成像的量子点及成像方法。
技术方案：为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：
一种用于临床骨骼体内成像的量子点的制备方法，具体操作如下：
取适量β-乳球蛋白水溶液（β-lactoglobulin，LG）与Pb(CH3COO)2水溶液混合，室温条件下混合搅拌5min；然后用1M NaOH将混合溶液的pH值滴定到7.5；将适量Na2S快速注入所述pH值为7.5的溶液中，加热到100℃，并在微波辐射下维持30s，得到最后产物LG-PbSQDs。
优选地，所述β-乳球蛋白水溶液浓度为50mg/mL，Pb(CH3COO)2水溶液浓度为10mM，β-乳球蛋白水溶液与Pb(CH3COO)2水溶液等体积混合。
优选地，所述Na2S浓度为10mM。
优选地，所述产物LG-PbS QDs在4℃环境下保存。
一种采用前述制备量子点的方法制备的量子点用于临床骨骼体内成像的方法，具体操作如下：在实验对象体内注入一定量的LG-PbS QDs，采用808nm二极管激光器、850-1000nm的短通滤波器作为激发源，功率密度为15Mw/cm2，曝光时间为100 ms；利用InGaAsCCD相机采集NIR-II荧光图像，发射信号经过1100nm长波通滤波器的过滤；在不同时间点分别记录其信号，同时进行视频速率每秒4.6帧、808nm激光器激发下的NIR-II Movie成像。
与现有技术相比，本发明提供的量子点的制备方法具备如下优点：
1.1）选用β-乳球蛋白与Pb(CH3COO)2水相室温结合制备LG-PbS QDs，与纯油相环境相比，反应温和、试剂便宜、对设备要求低；
1.2）最终产物产量高且水溶性好，而且通过水相合成可采用带羧基、氨基等的巯基稳定剂对其表面进行修饰，使得量子点能与生物分子上的氨基直接偶联，提高了其应用范围；
1.3）避免了油性量子点与生物环境不相容且制备方法不环保的缺陷。
本发明制备的量子点的成像方法具备如下优点：
2.1）本发明选用β-乳球蛋白与Pb(CH3COO)2水相室温结合制备LG-PbS QDs，荧光探针位于近红外二区（NIR-II），几乎无组织自发荧光干扰，大大减少了其对组织自发荧光的吸收和散射，以使LG-PbS QDs可以保持最深的组织穿透能力，同时成像对比度、保真度和分辨率较近红外一区（NIR-I）的荧光探针大大增加，与广泛使用的NIR-I发射源相比，NIR-II发射源可以提供更高的体内成像信噪比（S/N）和空间分辨率，更适合于生物活体示踪；
2.2）本发明选用β-乳球蛋白（β-LG）偶联修饰的量子点作为纳米探针，不仅能有效降低量子点的细胞毒性，具有良好的生物相容性，同时又为量子点提供新的功能团，保留了生物分子的原有生物活性，方便后续修饰其他生物功能分子，有利于进一步的生物应用。
附图说明
图1为本发明中用于骨骼体内成像的量子点的制备方法流程图；
图2为LG-PbS QDs合成示意图；
图3为利用LG-PbS QDs实时Balb/C裸鼠体内NIR-II荧光成像（前面图像）；
图4为利用LG-PbS QDs实时Balb/C裸鼠体内NIR-II荧光成像（后面图像）。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作更进一步的说明。
实施例1
制备用于临床骨骼体内成像的量子点，具体过程如下：
取500μL 、浓度为50mg/mL的β-乳球蛋白（β-LG）与500μL 、浓度为10mM 的Pb(CH3COO)2混合，室温条件下混合搅拌5min；然后用1M NaOH将混合溶液pH值滴定到7.5；将300μL、浓度为10mM的Na2S快速注入pH值为7.5的混合溶液中，加热到100℃，并在微波辐射下维持30s，得到最终产物PbS QDs，并将最终产物保存于4℃环境下。制备方法流程如图1所示，合成示意图如图2所示。
将上述制备的量子点用于临床骨骼体内成像的方法如下：
本实施例选用小鼠作为实验研究对象，将小鼠麻妥后，通过小鼠尾静脉注入300μLLG-PbS QDs，其中可直接采用上述方法制备得到的LG-PbS QDs原液，也可以稀释后使用，本实施例中采用的LG-PbS QDs浓度为250 μg/mL，一只小鼠大概注入300μL 的用量；采用808nm二极管激光器、850-1000nm的短通滤波器作为激发源，功率密度为15Mw/cm2，曝光时间为100 ms；利用InGaAs CCD相机采集NIR-II荧光图像，发射信号经过1100nm长波通滤波器的过滤；在不同时间点分别记录其信号，同时进行视频速率为每秒4.6帧、808nm激光器激发下的NIR-II Movie成像，成像结果如图3、图4所示。图3所示为小鼠身体前面（即腹侧）图像，可以看到上颌骨、胸骨、双侧肱骨、双侧肘关节、双侧尺桡骨掌侧、双侧膝关节、双侧胫腓骨及双侧跟骨等主要骨骼以及腹部的肝、脾等脏器的显影；图4所示为小鼠身体后面（即背侧）图像，可以看到颅骨、脊柱、骨盆、双肘关节、双侧尺桡骨背侧、双侧股骨、双侧髋关节及双侧跟骨等主要骨骼和心脏、肝脏及脾脏等重要脏器；实现了无创无辐射动物体内骨骼成像。
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来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (4)

1.一种量子点作为临床骨骼体内成像荧光探针的应用，其特征在于：
所述量子点的制备方法如下：取适量β-乳球蛋白水溶液与Pb(CH3COO)2水溶液混合，室温条件下混合搅拌5min；然后用1M NaOH将混合溶液的pH值滴定到7.5；将适量Na2S快速注入所述pH值为7.5的溶液中，加热到100℃，并在微波辐射下维持30s，得到最后产物LG-PbSQDs；
所述量子点的应用方法如下：在实验对象体内注入一定量的LG-PbS QDs，采用808nm二极管激光器、850-1000nm的短通滤波器作为激发源，利用InGaAs CCD相机采集NIR-II荧光图像，发射信号经过1100nm长波通滤波器的过滤；在不同时间点分别记录其信号，同时进行一定视频速率、808nm激光器激发下的NIR-II Movie成像；所述视频速率为每秒4.6帧，所述808nm二极管激光器、850-1000nm的短通滤波器作为激发源，功率密度为15Mw/cm2，曝光时间为100ms。
2.根据权利要求1所述的量子点作为临床骨骼体内成像荧光探针的应用，其特征在于：所述β-乳球蛋白水溶液浓度为50mg/mL，Pb(CH3COO)2水溶液浓度为10mM，β-乳球蛋白水溶液与Pb(CH3COO)2水溶液等体积混合。
3.根据权利要求1所述的量子点作为临床骨骼体内成像荧光探针的应用，其特征在于：所述Na2S浓度为10mM。
4.根据权利要求1所述的量子点作为临床骨骼体内成像荧光探针的应用，其特征在于：所述产物LG-PbS QDs在4℃环境下保存。
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