CN110272359A - 一种黄色荧光生物成像材料的制备方法及其应用 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种黄色荧光生物成像材料的制备方法，包括：步骤S1：制备黄色荧光生物成像材料；步骤S2：对步骤S1制备得到的黄色荧光生物成像材料进行柱层析提纯。还涉及一种黄色荧光生物成像材料。还涉及一种黄色荧光生物成像材料的应用。其优点在于，以化学小分子作为前驱物，利用溶剂热法制备黄色荧光生物成像材料；该黄色荧光生物成像材料具有荧光效率高，抗光漂白性好的特点；该材料可以作为生物探针标记细胞以及活体成像的试剂进行应用。
Description
技术领域
本发明涉及生物成像材料技术领域，尤其涉及一种黄色荧光生物成像材料的制备方法及其应用。
背景技术
传统生物成像材料有传统量子点、AIE材料和荧光高分子等，但都含有一些固有的缺陷如毒性、生物相容性差和发光不稳定等缺陷。石墨烯量子点凭借其良好的生物相容性和低毒性等特点，被誉为替代传统材料的最好的代替者,已被广泛应用。
石墨烯量子点是一种零维的石墨烯纳米材料，其尺寸直径一般小于100nm且层数大概可以分成1层、2层、3-10层3种方式。石墨烯量子点的尺寸和一些表面结构决定石墨烯量子点的带隙大小，一般在2-7eV之间。石墨烯量子点与传统的半导体量子点相比，具有许多优异的特性，如优异的光学性能、抗漂白性、生物相容性等。同时可通过调控其尺寸、增加表面或边缘官能团、掺杂一些其他元素等方式来改变其光致发光颜色，另外石墨烯量子点的官能团化，例如氨基、羟基、磺酸基等官能团能大大加强石墨烯量子点的水溶性。
石墨烯量子点的制备方法已经非常多样化，但大致能分成两大类，一种是自上而下(Top-down)的制备方法，另一种是自下而上(Bottom-up)的制备方法。自上而下的方法是将大尺寸的碳材料切割成小尺寸的石墨烯量子点。而自下而上的方法则是将化学小分子作为前驱物，通过一系列化学反应合成石墨烯量子点。两种方法各有优势，但自下而上的制备方法由于其碳源的多样性成为热门的合成法。
已有的黄色荧光生物成像材料合成操作方法复杂，重复率差。合成方法简便易操作，重复率好的黄色荧光生物成像材料的合成方法未见报道。
发明内容
为了克服现有技术中存在的缺陷，本发明提供一种黄色荧光生物成像材料的制备方法及其应用，其采取了自下而上的溶剂热法，使用的前驱物是1,3,6-三硝基芘，亚硫酸钠为辅助剂，在乙醇溶剂中高温反应制备得到了黄色荧光生物成像材料。合成的黄色荧光生物成像材料具有荧光效率高，抗光漂白性好等特点。
为实现上述目的，本发明采取的技术方案包括：
本发明的第一个目的是提供一种黄色荧光生物成像材料的制备方法，包括如下步骤：
步骤S1：制备黄色荧光生物成像材料；
步骤S2：对步骤S1制备得到的黄色荧光生物成像材料进行柱层析提纯。
优选地，步骤S1包括：
步骤S11：称量芘，将芘缓慢加入浓硝酸中，边加边搅拌，在一定温度下回流一定时间后，冷却；
步骤S12：向步骤S11制备得到的溶液加入过量的去离子水，抽滤洗涤直至pH呈中性，烘干得到1,3,6-三硝基芘；
步骤S13：称量1,3,6-三硝基芘和亚硫酸钠，于乙醇中溶解，然后转移至聚四氟乙烯中，高温反应一定时间；
步骤S14：将步骤S13制备得到的溶液过滤，得到粗产物。
优选地，步骤S2包括：
步骤S21：以中性氧化铝作为固定相，以二氯甲烷作为流动相制备柱层析使用的色谱柱；
步骤S22：将步骤S14制备得到的粗产物加入至色谱柱内；
步骤S23：于第一阶段使用二氯甲烷作为流动相进行清洗，得到第一产物；
步骤S24：于第二阶段使用乙醇作为流动相进行清洗，得到第二产物；
步骤S25：对步骤S24制备得到的第二产物进行浓缩处理：
步骤S26：将步骤S25浓缩后的第二产物转移至乙醇中，即可得到提纯后的黄色荧光生物成像材料。
优选地，步骤S1包括：
步骤S11：称量2～6g芘，将芘缓慢加入150～450ml浓硝酸中，边加边搅拌，在一定60～100℃温度下回流24～72h后，冷却；
步骤S12：向步骤S11制备得到的溶液加入过量的去离子水，抽滤洗涤直至pH呈中性，烘干得到1,3,6-三硝基芘；
步骤S13：按照质量比1：1称量1,3,6-三硝基芘和亚硫酸钠，于20～60ml乙醇中溶解，然后转移至聚四氟乙烯中，在180～220℃反应6～18h；
步骤S14：使用0.2～0.24μm滤膜将步骤S13制备得到的溶液过滤，除去未反应的颗粒，得到粗产物。
优选地，步骤S1包括：
步骤S11：称量4g芘，将芘缓慢加入300ml浓硝酸中，边加边搅拌，在一定80℃温度下回流48h后，冷却；
步骤S12：向步骤S11制备得到的溶液加入过量的去离子水，抽滤洗涤直至pH呈中性，烘干得到1,3,6-三硝基芘；
步骤S13：分别称量1,3,6-三硝基芘和亚硫酸钠各0.1g，于40ml乙醇中溶解，然后转移至聚四氟乙烯中，在200℃反应12h；
步骤S14：使用0.22μm滤膜将步骤S13制备得到的溶液过滤，除去未反应的颗粒，得到粗产物。
优选地，步骤S2包括：
步骤S21：以中性氧化铝作为固定相，以二氯甲烷作为流动相制备柱层析使用的色谱柱，其中，固定相的高度为色谱柱的高度的1/4-1/2，流动相浸没固定相，且流动相与固定相之间无气泡；
步骤S22：将步骤S14制备得到的粗产物5～15ml加入至色谱柱内；
步骤S23：于第一阶段使用二氯甲烷作为流动相进行清洗，得到第一产物，其中，第一产物的颜色为蓝色；
步骤S24：待步骤S23流出的液体不再呈现蓝色后，于第二阶段使用乙醇作为流动相进行清洗，得到第二产物，其中，第二产物的颜色为黄色；
步骤S25：对步骤S24制备得到的第二产物进行浓缩处理：
步骤S26：将步骤S25浓缩后的第二产物转移至乙醇中，即可得到提纯后的黄色荧光生物成像材料。
优选地，步骤S2包括：
步骤S21：以中性氧化铝作为固定相，以二氯甲烷作为流动相制备柱层析使用的色谱柱，其中，固定相的高度为色谱柱的高度的1/3，流动相浸没固定相，且流动相与固定相之间无气泡；
步骤S22：将步骤S14制备得到的粗产物10ml加入至色谱柱内；
步骤S23：于第一阶段使用二氯甲烷作为流动相进行清洗，得到第一产物，其中，第一产物的颜色为蓝色；
步骤S24：待步骤S23流出的液体不再呈现蓝色后，于第二阶段使用乙醇作为流动相进行清洗，得到第二产物，其中，第二产物的颜色为黄色；
步骤S25：对步骤S24制备得到的第二产物进行浓缩处理：
步骤S26：将步骤S25浓缩后的第二产物转移至乙醇中，即可得到提纯后的黄色荧光生物成像材料。
本发明的第二个目的是提供一种由上述制备方法制备得到的黄色荧光生物成像材料。
本发明的第三个目的是提供一种由上述黄色荧光生物成像材料在生物成像中的应用。
本发明采用以上技术方案，与现有技术相比，具有如下技术效果：
本发明的一种黄色荧光生物成像材料的制备方法，以化学小分子作为前驱物，利用溶剂热法制备黄色荧光生物成像材料；该黄色荧光生物成像材料具有荧光效率高，抗光漂白性好的特点；该材料可以作为生物探针标记细胞以及活体成像的试剂进行应用。
附图说明
图1是本发明的一个示意性实施例制备得到的黄色荧光生物成像材料的TEM图。
图2是本发明的一个示意性实施例制备得到的黄色荧光生物成像材料的XRD图。
图3是本发明的一个示意性实施例制备得到的黄色荧光生物成像材料的FTIR图。
图4是本发明的一个示意性实施例制备得到的黄色荧光生物成像材料在405nm、488nm、561nmn激发下的CLSM图。
图5是本发明的一个示意性实施例制备得到的黄色荧光生物成像材料的活体成像图，其中将黄色荧光成像材料注射入裸鼠肿瘤处，并获取在0min、5min、30min、1h、2h、4h、8h、24h的活体荧光成像。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，但不作为本发明的限定。
实施例1
本发明的一个示意性实施例，一种黄色荧光生物成像材料的制备方法，包括如下步骤：
步骤S1：制备黄色荧光生物成像材料
步骤S11：称量4g芘，将芘缓慢加入300ml浓硝酸中，边加边搅拌，在一定80℃温度下回流48h后，冷却；
步骤S12：向步骤S11制备得到的溶液加入过量的去离子水，抽滤洗涤直至pH呈中性，烘干得到1,3,6-三硝基芘；
步骤S13：分别称量1,3,6-三硝基芘和亚硫酸钠各0.1g，于40ml乙醇中溶解，然后转移至聚四氟乙烯中，在200℃反应12h；
步骤S14：使用0.22μm滤膜将步骤S13制备得到的溶液过滤，除去未反应的颗粒，得到粗产物；
步骤S2：对所述步骤S1制备得到的黄色荧光生物成像材料进行柱层析提纯
步骤S21：以中性氧化铝作为固定相，以二氯甲烷作为流动相制备柱层析使用的色谱柱，其中，固定相的高度为色谱柱的高度的1/3，流动相浸没固定相，且流动相与固定相之间无气泡；
步骤S22：将步骤S14制备得到的粗产物10ml加入至色谱柱内；
步骤S23：于第一阶段使用二氯甲烷作为流动相进行清洗，得到第一产物，其中，第一产物的颜色为蓝色；
步骤S24：待步骤S23流出的液体不再呈现蓝色后，于第二阶段使用乙醇作为流动相进行清洗，得到第二产物，其中，第二产物的颜色为黄色；
步骤S25：对步骤S24制备得到的第二产物进行浓缩处理：
步骤S26：将步骤S25浓缩后的第二产物转移至乙醇中，即可得到提纯后的黄色荧光生物成像材料。
实施例2
本发明的另一个实施例，一种黄色荧光生物成像材料的制备方法，包括如下步骤：
步骤S1：制备黄色荧光生物成像材料
步骤S11：称量2g芘，将芘缓慢加入150ml浓硝酸中，边加边搅拌，在一定60℃温度下回流24h后，冷却；
步骤S12：向步骤S11制备得到的溶液加入过量的去离子水，抽滤洗涤直至pH呈中性，烘干得到1,3,6-三硝基芘；
步骤S13：分别称量1,3,6-三硝基芘和亚硫酸钠各0.05g，于20ml乙醇中溶解，然后转移至聚四氟乙烯中，在180℃反应6h；
步骤S14：使用0.20μm滤膜将步骤S13制备得到的溶液过滤，除去未反应的颗粒，得到粗产物；
步骤S2：对所述步骤S1制备得到的黄色荧光生物成像材料进行柱层析提纯
步骤S21：以中性氧化铝作为固定相，以二氯甲烷作为流动相制备柱层析使用的色谱柱，其中，固定相的高度为色谱柱的高度的1/4，流动相浸没固定相，且流动相与固定相之间无气泡；
步骤S22：将步骤S14制备得到的粗产物5ml加入至色谱柱内；
步骤S23：于第一阶段使用二氯甲烷作为流动相进行清洗，得到第一产物，其中，第一产物的颜色为蓝色；
步骤S24：待步骤S23流出的液体不再呈现蓝色后，于第二阶段使用乙醇作为流动相进行清洗，得到第二产物，其中，第二产物的颜色为黄色；
步骤S25：对步骤S24制备得到的第二产物进行浓缩处理：
步骤S26：将步骤S25浓缩后的第二产物转移至乙醇中，即可得到提纯后的黄色荧光生物成像材料。
实施例3
本发明的另一个实施例，一种黄色荧光生物成像材料的制备方法，包括如下步骤：
步骤S1：制备黄色荧光生物成像材料
步骤S11：称量6g芘，将芘缓慢加入450ml浓硝酸中，边加边搅拌，在一定100℃温度下回流72h后，冷却；
步骤S12：向步骤S11制备得到的溶液加入过量的去离子水，抽滤洗涤直至pH呈中性，烘干得到1,3,6-三硝基芘；
步骤S13：分别称量1,3,6-三硝基芘和亚硫酸钠各0.2g，于60ml乙醇中溶解，然后转移至聚四氟乙烯中，在220℃反应18h；
步骤S14：使用0.24μm滤膜将步骤S13制备得到的溶液过滤，除去未反应的颗粒，得到粗产物；
步骤S2：对所述步骤S1制备得到的黄色荧光生物成像材料进行柱层析提纯
步骤S21：以中性氧化铝作为固定相，以二氯甲烷作为流动相制备柱层析使用的色谱柱，其中，固定相的高度为色谱柱的高度的1/2，流动相浸没固定相，且流动相与固定相之间无气泡；
步骤S22：将步骤S14制备得到的粗产物15ml加入至色谱柱内；
步骤S23：于第一阶段使用二氯甲烷作为流动相进行清洗，得到第一产物，其中，第一产物的颜色为蓝色；
步骤S24：待步骤S23流出的液体不再呈现蓝色后，于第二阶段使用乙醇作为流动相进行清洗，得到第二产物，其中，第二产物的颜色为黄色；
步骤S25：对步骤S24制备得到的第二产物进行浓缩处理：
步骤S26：将步骤S25浓缩后的第二产物转移至乙醇中，即可得到提纯后的黄色荧光生物成像材料。
实施例4
对实施例1制备得到的黄色荧光生物材料的性能进行如下研究：
(1)TEM图
如图1所示，在透射电子显微镜(Transmission electron microscope，TEM)图中，制备得到的黄色荧光生物成像材料是大小均匀的球状物，其分散性良好，没有大小差异较大的个体。此外，在TEM图中，单一的黄色荧光生物成像材料具有明显的晶格条纹，且晶格条纹的间距约为0.21nm，与石墨烯量子点的晶格条纹的间距相符。
(2)XRD图
如图2所示，在X射线衍射(X-ray diffraction，XRD)图中，制备得到的黄色荧光生物成像材料在25.76°处有一个特征峰，在石墨烯的特征峰23～26°内。此外，黄色荧光生物成像材料的特征峰尖锐，表明该黄色英皇生物成像材料的结晶性好，取向度高。通过布拉格方程计算得出了黄色荧光生物成像材料的层间距约为
(3)FTIR图
如图3所示，在傅里叶变换红外光谱(Fourier Transform infraredspectroscopy，FTIR)图中，制备得到的黄色荧光生物成像材料在3400cm-1处有特征峰，该处为O-H键，表明该黄色荧光生物成像材料含有少量的羟基；在1000cm-1和600cm-1处有较弱的特征峰，分别为O-S和C-S键，表明黄色荧光生物成像材料可能含有磺酸基；在1550cm-1处有较强的特征峰，该处为C＝C键，表明黄色荧光生物成像材料具有苯环；在1300cm-1处有尖锐的特征峰，该处为C-N键；在1250cm-1处有特征峰，该处为N-O键；通过C-N键和N-O键可知，该黄色荧光生物成像材料含有硝基。
(4)CLSM图
将Hela细胞经过与黄色荧光生物成像材料经过30min的孵育后，通过共聚焦激光扫描显微镜(Confocal Laser Scanning Microscope，CLSM)进行观察可知，在细胞膜上以及核膜上可以看出有明显的荧光信号，有明显的轮廓，细胞核内没有荧光信号，而细胞质内有不均匀的荧光信号，这可能是黄色荧光生物成像材料聚集在线粒体，溶酶体等细胞器的膜内。
如图4所示，在CLSM图中，分别在405nm，488nm，561nm激发下，均可以观察到明显的荧光信号，表明在细胞内黄色荧光生物成像材料能够杯宽波长范围的激光激发成像。
细胞膜、核膜，包括一些细胞器的膜都是磷脂双分子层结构，层内是疏水区域，而黄色荧光生物成像材料在疏水相中荧光强度很高，在被膜内吞的过程中，停留在磷脂双分子层内，能被仪器检测到较强的信号。因此，黄色荧光生物成像材料能够作为一种新型的、生物相容性好的生物膜荧光探针应用于细胞成像方面，拓展了石墨烯量子点荧光性能的应用方面。
(5)活体荧光成像
将黄色荧光生物成像材料原位注入至裸鼠肿瘤处，如图5所示，注入5min后即可捕捉到荧光信号，随着时间的推移，信号的强度逐渐增加，一定时间后又逐渐减弱。
由上述检测结果可知，黄色荧光生物成像材料具有荧光效率高，抗光漂白性好的特点，并且该材料可以作为生物探针标记细胞以及活体成像的试剂进行应用。
以上所述仅为本发明较佳的实施例，并非因此限制本发明的实施方式及保护范围，对于本领域技术人员而言，应当能够意识到凡运用本发明说明书及图示内容所作出的等同替换和显而易见的变化所得到的方案，均应当包含在本发明的保护范围内。
Claims (10)
1.一种黄色荧光生物成像材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤S1：制备黄色荧光生物成像材料
步骤S11：称量芘，将芘缓慢加入浓硝酸中，边加边搅拌，在一定温度下回流一定时间后，冷却；
步骤S12：向所述步骤S11制备得到的溶液加入过量的去离子水，抽滤洗涤直至pH呈中性，烘干得到1,3,6-三硝基芘；
步骤S13：称量1,3,6-三硝基芘和亚硫酸钠，于乙醇中溶解，然后转移至聚四氟乙烯中，高温反应一定时间；
步骤S14：将所述步骤S13制备得到的溶液过滤，得到粗产物；
步骤S2：对所述步骤S1制备得到的黄色荧光生物成像材料进行柱层析提纯
步骤S21：以中性氧化铝作为固定相，以二氯甲烷作为流动相制备柱层析使用的色谱柱；
步骤S22：将所述步骤S14制备得到的粗产物加入至色谱柱内；
步骤S23：于第一阶段使用二氯甲烷作为流动相进行清洗，得到第一产物；
步骤S24：于第二阶段使用乙醇作为流动相进行清洗，得到第二产物；
步骤S25：对所述步骤S24制备得到的第二产物进行浓缩处理：
步骤S26：将所述步骤S25浓缩后的第二产物转移至乙醇中，即可得到提纯后的黄色荧光生物成像材料。
2.根据权利要求1所述的黄色荧光生物成像材料的制备方法，其特征在于，所述步骤S11中，称量2～6g芘，将芘缓慢加入150～450ml浓硝酸中，边加边搅拌，在一定60～100℃温度下回流24～72h后，冷却。
3.根据权利要求1所述的黄色荧光生物成像材料的制备方法，其特征在于，所述步骤S13中，按照质量比1：1称量1,3,6-三硝基芘和亚硫酸钠，于20～60ml乙醇中溶解，然后转移至聚四氟乙烯中，在180～220℃反应6～18h。
4.根据权利要求1所述的黄色荧光生物成像材料的制备方法，其特征在于，所述步骤S14中，使用0.2～0.24μm滤膜将步骤S13制备得到的溶液过滤，除去未反应的颗粒，得到粗产物。
5.根据权利要求1所述的黄色荧光生物成像材料的制备方法，其特征在于，所述步骤S21中，以中性氧化铝作为固定相，以二氯甲烷作为流动相制备柱层析使用的色谱柱，其中，固定相的高度为色谱柱的高度的1/4-1/2，流动相浸没固定相，且流动相与固定相之间无气泡。
6.根据权利要求1所述的黄色荧光生物成像材料的制备方法，其特征在于，所述步骤S22中，将步骤S14制备得到的粗产物5～15ml加入至色谱柱内。
7.根据权利要求1所述的黄色荧光生物成像材料的制备方法，其特征在于，所述步骤S23中，于第一阶段使用二氯甲烷作为流动相进行清洗，得到第一产物，其中，第一产物的颜色为蓝色。
8.根据权利要求7所述的黄色荧光生物成像材料的制备方法，其特征在于，所述步骤S24中，待所述步骤S23流出的液体不再呈现蓝色后，于第二阶段使用乙醇作为流动相进行清洗，得到第二产物，其中，第二产物的颜色为黄色。
9.一种由权利要求1～8任一所述的黄色荧光生物成像材料的制备方法制备的黄色荧光生物成像材料。
10.一种如权利要求9所述的黄色荧光生物成像材料在生物成像中的应用。
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