CN111100628B - 一种用于ctc捕获的高亮稳定的钙钛矿磁光微球 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种具有高亮稳定的钙钛矿磁光微球，本发明以聚苯乙烯多孔球为壳，利用自组装法将Fe3O4磁性颗粒和MAPbBr3量子点均匀的包封在其中，并在表面包覆SiO2壳层，成功构建(MAPbBr3/Fe3O4)@MPSs@SiO2磁光微球；通过表面修饰，连接生物特异性抗体SA和anti‑EpCAM，可以特异性捕获和鉴定循环肿瘤细胞(CTCs)；该磁光微球所选用的钙钛矿量子点具有高绿色荧光发射和高荧光量子产率，将其封装在多孔聚苯乙烯微球中并包覆硅壳层，显著提高磁光微球的荧光稳定性，且避免了MAPbBr3量子点与监测目标物的直接接触，解决了重金属Pb在生物监测过程中的毒性问题，实现了安全无毒性，很好的开发了在生物医学方面的应用。本发明制备方法具有反应条件温和，制备工艺简单，耗时短，成本较低的优点。

Description

一种用于CTC捕获的高亮稳定的钙钛矿磁光微球
技术领域
本发明属于微纳米功能材料技术领域，具体的说涉及一种兼具高荧光发射和良好磁性的钙钛矿磁光微球(MAPbBr3/Fe3O4)@MPSs@SiO2。
背景技术
癌症是目前威胁人类健康最严重的疾病之一，肿瘤转移则是癌症高死亡率的主要原因。 CTCs检测可用来解释肿瘤转移行为、反映肿瘤侵袭性，对于癌症治疗效果判断及肿瘤预测具有十分重要的意义。但是每mL血中CTCs只有几个到几百个，而血细胞的数量则超过109个，这便要求我们所用的检测方法能够高效准确地检测出极少的目标细胞；因此急需发展高灵敏、高特异性的检测方法。如今的捕获方法分为静态捕获和动态捕获，其中静态捕获越来越引人关注，静态捕获的平台类型多种多样，如纳米点、纳米棒阵列、3D纳米基质等等，但不可避免地会导致CTC受到某些白细胞的污染，且制作复杂耗时，破坏CTCs的活性和功能，容易导致细胞丢失。目前最简便快捷的方法为荧光磁珠检测及捕获循环肿瘤细胞，如在聚苯乙烯 /丙烯酰胺共聚纳米球表面组装γ－Fe3O4及水溶性CdTe量子点，其具有良好的磁导向性和可操控性，可简单快速无损检测循环肿瘤细胞(CTCs)，而不会破坏其生物活性。但是荧光磁珠中荧光物质采用的大多是进口的有机荧光物质，其价格昂贵，且存在闪烁、猝灭、荧光效率不高等问题，限制了可视性捕获CTCs。为此，我们设计并制备了一种具有高亮稳定的钙钛矿磁光微球(MAPbBr3/Fe3O4)@MPSs@SiO2，该磁光微球所选用的钙钛矿量子点具有高绿色荧光发射和高荧光量子产率，将其封装在多孔聚苯乙烯微球中并包覆硅壳层，显著提高 (MAPbBr3/Fe3O4)@MPSs@SiO2磁光微球的荧光稳定性，且避免了MAPbBr3量子点与监测目标物的直接接触，解决了重金属Pb在生物监测过程中的毒性问题，实现了安全无毒性，很好的开发了在生物医学方面的应用。
发明内容
针对目前磁光微球捕获CTCs时所选用的大多数荧光物质存在闪烁、猝灭且荧光效率不高等问题，本发明的目的是要提供一种用于CTC捕获的高亮稳定的钙钛矿磁光微球，该兼具高荧光发射和磁靶向功能的磁光微球其复合材料的结构为(MAPbBr3/Fe3O4)@MPSs@SiO2，可用于CTCs检测及捕获。
本发明的目的是这样实现的，一种用于CTC捕获的高亮稳定的钙钛矿磁光微球，利用自组装的方法将MAPbBr3量子点和Fe3O4纳米颗粒包封进多孔聚苯乙烯微球中，并在其表面包覆SiO2壳层，结构式是(MAPbBr3/Fe3O4)@MPSs@SiO2，其制备方法具体步骤如下：
1)、Fe3O4@PEG磁性纳米粒子的制备：将FeCl3·6H2O、FeCl2·4H2O和PEG-4000溶于去离子水中，三者摩尔比为1:0.6：0.0026～0.0038，在室温下搅拌10～20min得混合溶液；把混合溶液转移到500mL的三颈烧瓶中，加入浓度为25％的氨水，其中铁离子与氨水的摩尔比为1.6:1.3～1.4，在85～95℃恒温水浴下机械搅拌3～4h，得到黑色均匀的悬浮液；当三颈烧瓶自然冷却至室温，通过磁铁来分离收集沉淀物，并用去离子水和乙醇进行洗涤后，在50～60℃干燥10～14h，得到Fe3O4@PEG磁性纳米粒子，所制得的Fe3O4的粒径为8～15nm。
2)、MAPbBr3量子点的制备：将CH3NH3Br和PbBr2溶于20mlDMF(N,N-二甲基甲酰胺)溶液中，二者摩尔比为1:1，接着向上述溶液中分别加入2mL油酸、100μL的辛胺，形成透明溶液；然后在氮气保护下，将上述透明溶液缓慢滴加到甲苯溶液中去形成混合溶液，在室温下搅拌12～24小时，收集所得的混合溶液以8000～10000rpm离心5～10min，得到MAPbBr3量子点。
3)、磁光微球组装：按照质量比5:3:1～3称取多孔聚苯乙烯微球、步骤2)中制得的MAPbBr3量子点和步骤1)中制得的Fe3O4@PEG纳米粒子，所述微球直径为3μm，孔径直径大小为300nm。首先将聚苯乙烯微球和Fe3O4@PEG纳米粒子依次加入三颈烧瓶中，再将步骤(2)中所合成的MAPbBr3量子点分散在一定量的正己烷溶液中并加入到上述三颈烧瓶中形成混合溶液，随后依次往混合溶液中加入5～10μL去离子水和1～2mL TMOS(正硅酸甲酯)溶液，并在室温下以一定的转速机械搅拌3～4h。
4)、产物收集：搅拌完毕后，以4000～5000rpm离心3～4min后倒掉上清液得到最终产物 (MAPbBr3/Fe3O4)@MPSs@SiO2磁光微球。
本发明的有益效果：
1、本发明制备的(MAPbBr3/Fe3O4)@MPSs@SiO2磁光微球，将MAPbBr3钙钛矿量子点封装在聚苯乙烯多孔微球中，并在表面包覆保护层硅壳层，显著提高 (MAPbBr3/Fe3O4)@MPSs@SiO2磁光微球的荧光稳定性，且避免了MAPbBr3量子点与监测目标物的直接接触，解决了重金属Pb在生物监测过程中的毒性问题。
2、本发明所涉及的兼具高荧光发射和良好磁性的(MAPbBr3/Fe3O4)@MPSs@SiO2磁光微球的制备方法具有反应条件温和，制备工艺简单，耗时短，成本较低的优点，且在捕获CTCs 时不破坏细胞活性。
3、本发明利用自组装的方法制备的(MAPbBr3/Fe3O4)@MPSs@SiO2磁光微球，通过表面修饰，连接生物特异性抗体SA和anti-EpCAM，可以特异性捕获和鉴定循环肿瘤细胞(CTCs)。
附图说明
图1本发明中所制备样品(MAPbBr3/Fe3O4)@MPSs@SiO2的扫描电镜图。
图2本发明所用到的多孔聚苯乙烯微球、Fe3O4纳米粒子、MAPbBr3量子点和(MAPbBr3/Fe3O4)@MPSs@SiO2磁光微球的XRD图。
图3本发明中所制备样品(MAPbBr3/Fe3O4)@MPSs@SiO2的M-H曲线，插图为磁铁吸引的样品(MAPbBr3/Fe3O4)@MPSs@SiO2的照片。
图4本发明中所制备样品(MAPbBr3/Fe3O4)@MPSs@SiO2的PL图，插图为该样品在紫外灯照射下发光的照片。
图5本发明中所制备样品(MAPbBr3/Fe3O4)@MPSs@SiO2捕获循环肿瘤细胞的荧光显微镜照片。
图6本发明中所制备样品(MAPbBr3/Fe3O4)@MPSs@SiO2捕获循环肿瘤细胞的三色荧光图。
具体实施方式
下面结合附图详细描述本发明的具体实施方式：
一种用于CTC捕获的高亮稳定的钙钛矿磁光微球，该钙钛矿磁光微球的结构式是(MAPbBr3/Fe3O4)@MPSs@SiO2，其制备方法具体步骤如下：
1)、Fe3O4@PEG磁性纳米粒子的制备：将FeCl3·6H2O(2.7022g)、FeCl2·4H2O(1.1929g)和 PEG-4000(10g)溶解在150mL去离子水中，在室温下搅拌十分钟，得混合溶液；把混合溶液转移到500mL的三颈烧瓶中，向混合溶液中加入100mL的氨水(25％)，让其在恒温水浴 90℃下机械搅拌3h，得到黑色均匀的悬浮液；当三颈烧瓶自然冷却至室温，通过磁铁来分离收集沉淀物，并用去离子水和乙醇进行洗涤，在50℃干燥12h，得到Fe3O4@PEG磁性纳米粒子。
2)、MAPbBr3量子点的制备：称取0.072gCH3NH3Br和0.234gPbBr2溶于20mlDMF(N,N-二甲基甲酰胺)溶液中，接着向上述溶液中分别加入2mL油酸以及100μL的辛胺，至其完全溶解形成透明溶液，将该透明溶液倒入滴液漏斗中去，取50mL甲苯溶液于三颈烧瓶中，然后在氮气保护下，将上述滴液漏斗中的透明溶液缓慢滴加到50mL甲苯溶液中去，在室温下搅拌24小时，收集所得的混合溶液以10000rpm离心10min，得到MAPbBr3量子点。
3)、磁光微球组装，具体为：首先称取0.05g多孔聚苯乙烯微球(微球直径为3μm,孔径直径大小为300nm)，0.02g Fe3O4@PEG磁性纳米粒子并将它们依次加入到三颈烧瓶中，然后将0.03g MAPbBr3量子点溶解在10mL的正己烷溶液中，至完全溶解后倒入三颈烧瓶中，形成混合溶液。随后依次往混合溶液中加入10μL的去离子水和1mL的TMOS(正硅酸甲酯) 溶液，在室温下以600rpm速度磁力搅拌4小时，得到浑浊液。
4)、产物收集：快速将步骤3)中的浑浊液倒入离心管中，随后将其放置在离心机中，以5000rpm的速度离心4分钟，将上清液倒掉，收集底部产物，得到最终产物 (MAPbBr3/Fe3O4)@MPSs@SiO2磁光微球。
效果验证
如图1所示为3μm有孔道的聚苯乙烯微球包覆MAPbBr3量子点和Fe3O4纳米粒子前后的扫描电镜图，可见包覆前微球表面光滑没有杂质，在包覆后微球表面变得粗糙，MAPbBr3量子点和Fe3O4纳米粒子装载载微球孔道内部，也包裹在外表面。
如图2所示是多孔聚苯乙烯微球、Fe3O4纳米粒子、MAPbBr3量子点和 (MAPbBr3/Fe3O4)@MPSs@SiO2磁光微球的XRD图谱。由图可见， (MAPbBr3/Fe3O4)@MPSs@SiO2磁光微球的多个衍射峰很好的对应了多孔聚苯乙烯微球、 Fe3O4纳米粒子、MAPbBr3量子点的衍射峰，进一步证明了该复合材料的成功合成。
如图3所示是(MAPbBr3/Fe3O4)@MPSs@SiO2磁光微球的M-H曲线。由图中可见，所制备的(MAPbBr3/Fe3O4)@MPSs@SiO2具有较高的饱和磁化强度。此外，插图显示 (MAPbBr3/Fe3O4)@MPSs@SiO2样品可在磁场下快速收集。
如图4所示是复合材料(MAPbBr3/Fe3O4)@MPSs@SiO2的PL图，可以看出其具有较高的发光强度，插图显示为该样品在紫外灯照射下发光的照片，呈现出高绿色荧光发射。
如图5所示是所制备样品(MAPbBr3/Fe3O4)@MPSs@SiO2磁光微球捕获循环肿瘤细胞的明场和荧光显微镜照片，在荧光照片中发光的是我们所制备的磁光微球 (MAPbBr3/Fe3O4)@MPSs@SiO2。
如图6所示是所制备样品(MAPbBr3/Fe3O4)@MPSs@SiO2捕获循环肿瘤细胞的三色荧光图，其中量子点发出明亮且均匀的绿光，DAPI染的细胞核发出蓝色光，CK染的细胞质发出红色光。

Claims (5)

1.一种用于CTC捕获的高亮稳定的钙钛矿磁光微球，其特征在于：该磁光微球的结构式是(MAPbBr3/Fe3O4)@MPSs@SiO2，其制备方法具体步骤如下：
(1)、Fe3O4@PEG磁性纳米粒子的制备：
将FeCl3·6H2O、FeCl2·4H2O和PEG-4000溶于去离子水中，在室温下搅拌10min得混合溶液；把混合溶液转移到500mL的三颈烧瓶中，加入浓度为25％的氨水，其中铁离子与氨水的摩尔比为1.6:1.3～1.4，在85～95℃恒温水浴下机械搅拌3h，得到黑色均匀的悬浮液；当三颈烧瓶自然冷却至室温，通过磁铁来分离收集沉淀物，并用去离子水和乙醇进行洗涤后，在50～60℃干燥10～14h，得到Fe3O4@PEG磁性纳米粒子，所制得的Fe3O4的粒径为8～15nm；
(2)、MAPbBr3量子点的制备：
称取CH3NH3Br和PbBr2溶于DMF(N,N-二甲基甲酰胺)溶液中，二者摩尔比为1:1，接着向上述溶液中分别加入2mL油酸以及100μL的辛胺，至其完全溶解形成透明溶液，将该透明溶液倒入滴液漏斗中去，取50mL甲苯溶液于三颈烧瓶中，然后在氮气保护下，将上述滴液漏斗中的透明溶液缓慢滴加到50mL甲苯溶液中去，在室温下搅拌24小时，收集所得的混合溶液以10000rpm离心10分钟，得到MAPbBr3量子点；
(3)、磁光微球组装：
按照质量比5:3:1～3称取多孔聚苯乙烯微球、MAPbBr3量子点和Fe3O4@PEG纳米粒子，所述微球直径为3μm，孔径大小为300nm；首先将聚苯乙烯微球和Fe3O4@PEG纳米粒子依次加入三颈烧瓶中，再将MAPbBr3量子点分散在一定量的正己烷溶液中并加入到上述三颈烧瓶中形成混合溶液，随后依次往混合溶液中加入5～10μL去离子水和1～2mL TMOS(正硅酸甲酯)溶液，并在室温下以一定的转速机械搅拌3～4h；
(4)、产物收集：
搅拌完毕后，以4000～5000rpm离心3～4min后倒掉上清液得到最终产物(MAPbBr3/Fe3O4)@MPSs@SiO2磁光微球。
2.根据权利要求1所述一种用于CTC捕获的高亮稳定的钙钛矿磁光微球，其特征在于：步骤(1)中FeCl3·6H2O、FeCl2·4H2O和PEG-4000三者具体的量分别为2.7022g、1.1929g、10g，恒温水浴温度为90℃，干燥温度为50℃、时间为12h。
3.根据权利要求1所述一种用于CTC捕获的高亮稳定的钙钛矿磁光微球，其特征在于：步骤(2)中CH3NH3Br粉末、PbBr2粉末和DMF(N,N-二甲基甲酰胺)溶液的具体量分别为:0.072g、0.234g、20ml。
4.根据权利要求1所述一种用于CTC捕获的高亮稳定的钙钛矿磁光微球，其特征在于：步骤(3)中多孔聚苯乙烯微球粉末和Fe3O4@PEG纳米粒子的量具体为0.05g、0.02g，所述微球直径为3μm,孔径大小为300nm；正己烷溶液、去离子水和TMOS溶液的量具体为10mL、10μL、1mL；机械搅拌速率为600rpm，搅拌时间为4h。
5.根据权利要求1所述一种用于CTC捕获的高亮稳定的钙钛矿磁光微球，其特征在于：步骤(4)中离心速率为5000rpm，离心时间为4min。
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