正电性金属荧光纳米点、制备方法及其在细胞荧光成像方面的应用

摘要

正电性金属荧光纳米点、制备方法及其在细胞荧光成像方面的应用，属于荧光纳米材料技术领域。其首先是在加热的条件下利用还原剂合成得到尺寸较大的银纳米粒子，以其作为模版剂，加入一定量的水溶性正电性高分子作为稳定剂，再加入一定浓度金属离子，混合均匀，加热搅拌一段时间，制备出水溶性金属纳米点。离心后将溶液部分用异丙醇沉淀，离心得到固体再用水分散，最终得到分散在水溶液中的正电性的金属纳米点。此种正电性金属荧光纳米材料制备方法简单、条件温和、容易操作、重复性好、可以大量生产。适用于细胞荧光成像和标记、基因负载、转染和基因治疗等领域。

说明书

技术领域

本发明属于荧光纳米材料技术领域，具体涉及一种表面正电性的金属荧光纳米点、制备方法及其在细胞荧光成像方面的应用。

背景技术

金属纳米荧光材料与以往的小分子染料和荧光蛋白相比，这些荧光纳米材料有着优越的光物理特性、大的比表面积、简单的表面靶向作用以及荧光可调性，使其在生物传感、分子成像、光电子学、纳米医学等领域有着广阔的应用前景，成为科学家关注的焦点。目前，已报道合成多种的金属荧光纳米材料，比如Cu(Small,2013,22,3873–3879)，Pd(Chem.Commun.,2011,47,5750-5752)，Ag(Angew.Chem.Int.Ed.,2010,49,3925–3929)，Au(J.Am.Chem.Soc.,2009,131,888–889)，这些材料在水溶液中多数显示表面负电性，与生物体中带负点性的基因蛋白质等相互作用较弱，这大大限制了这些纳米材料在基因负载与基因治疗领域的应用。

正电性纳米荧光材料是一种公认可以提高基因转染效率的荧光材料。这种材料通过表面正电性配体与负电性的生物基因相作用，同时利用荧光功能作为探针追踪基因的转染行为。目前已有报道合成的正电性纳米材料主要为两步法(Nanoscale,2013,5,6154–6160)，合成的方法繁琐且条件相对苛刻，并且在反应过程中需要加入多种配体。因此，探索以简单有效的方法合成水相正电性金属荧光纳米点成为重要的研究方向。

发明内容

本发明提供了一种表面正电性的金属荧光纳米点、制备方法及其在细胞荧光成像方面的应用。此方法具有广泛性，可以制备多种具有正电性的金属纳米点。

首先，在加热的条件下利用还原剂合成得到尺寸较大的银纳米粒子，以其作为模版剂，加入一定量的水溶性正电性高分子作为稳定剂，再加入一定浓度金属离子，混合均匀，加热搅拌一段时间，制备出水溶性金属纳米点。离心后将溶液部分用异丙醇沉淀，离心得到固体再用水分散，最终得到分散在水溶液中的正电性的金属纳米点。

本发明所述的一种水相制备正电性金属荧光纳米点的方法，具体步骤如下：

1)在浓度为0.01～50mmol/L(优选为0.01～10mmol/L，进一步优选为0.1～5mmol/L)的Ag⁺离子溶液中(可以是AgNO₃、CH₃COOAg、AgF、Ag₂SO₄、AgClO₄等的水溶液)，加入还原剂(可以是硼氢化钠、水合肼、柠檬酸钠、抗坏血酸等)，还原剂与Ag⁺离子的摩尔比为1～10：1，加热至80～100℃反应10～360min(优选为30～240min，进一步优选为40～120min)，离心取沉淀，得到粒径为60～80nm的Ag纳米粒子，然后分散至水中，Ag纳米粒子的浓度为0.5～5mmol/L；

2)在上述反应得到的Ag纳米粒子的水溶液中加入金属盐(可以是氯金酸、氯铂酸、氯化钯等)，再加入具有正电性的高分子(可以是聚乙烯亚胺、聚丙烯胺盐酸盐、甲壳素等含有氨基的高分子)作为稳定剂，Ag纳米粒子、金属离子与稳定剂的摩尔比为10～100：50～200：1(优选为30～80:50～100:1，进一步优选为30～50:60～80:1)；然后在50～90℃油浴下搅拌30min～480min(优选为30min～360min，进一步优选为60min～300min)，反应结束后离心，向清液中加入异丙醇(其体积为溶液体积的2～10倍)作为沉淀剂，沉淀后再离心，得到的固体产物即为金属纳米点。

一种表面正电性的金属荧光纳米点，其是前面所述的方法制备得到。其能够在细胞荧光成像和标记、基因负载、转染和基因治疗等领域得到应用。

以合成Au纳米点为例，制备的Au纳米点粒径均匀且尺寸小于3nm(图1)，具有优良的绿色荧光发射(图2)。合成得到的Au纳米点表面带有正电性，Zeta电势为35mV(图3)。将水相制备的正电性Au纳米点加入含有人舌鳞癌细胞(CAL-27)的水溶液体系中共同培养，Au纳米点会通过细胞壁进入舌鳞癌细胞中并显示绿色荧光，这样Au纳米点可以成功应用于细胞荧光标记和荧光成像(图4)。

本发明金属纳米点的制备方法具有以下特点：适用性广泛，可制备多种金属纳米点；纳米点尺寸在2nm至3nm可控合成、粒径均匀、具有优良的荧光发射及表面正电性。制备过程使用水溶性带正电高分子作为稳定剂，因此环境污染小、产物纯度高，金属纳米点表现出良好的光学性质和水溶性。另外，此种正电性金属荧光纳米材料制备方法简单、条件温和、容易操作、重复性好、可以大量生产。适用于细胞荧光成像和标记、基因负载、转染和基因治疗等领域。

附图说明

图1：实施例1所制备表面正电性荧光Au纳米点TEM图，尺寸为2.5nm；

图2：实施例1所制备表面正电性荧光Au纳米点的荧光光谱，可以看出其荧光的激发峰位在420nm，发射峰在520nm；插图为自然光下(图2a)和紫外光下(图2b)Au纳米点的水溶液照片，表明了Au纳米点在水中具有很好的分散性和优良的绿色荧光性能；

图3：实施例1所制备Au纳米点的Zeta电势分布图；结果为Zeta电势35mV，表明PEI包覆的Au纳米点表面带有正电荷，且正电性较高。

图4：实施例1所制备正电性荧光Au纳米点与细胞培养后的激光共聚焦荧光显微镜照片，荧光探针可以进入细胞且分布在细胞质中，显示明亮的绿色荧光，表明荧光Au纳米点可以应用在细胞荧光成像方面。

具体实施方式

实施例1

制备正电性Au纳米点。在100mL水中加入0.1mmol AgNO₃，混合均匀后加入柠檬酸钠0.2mmol，将溶液加热至100℃反应1h后自然冷却，得到灰色浑浊的溶液，将反应后的溶液直接离心，取沉淀，得到的Ag纳米粒子粒径为60～80nm，分散于100mL水中。

取上述5mL Ag NPs溶液，加入20uL、50mmol/L HAuCl₄溶液，混合均匀后，加入100uL、0.005mmol/L聚乙烯亚胺作为稳定剂，将体系在70℃油浴中均匀搅拌2h，可以看到烧瓶中变成橙红色透明溶液，并有少量黑色沉淀生成。冷却后，先将反应后溶液直接离心分离出黑色沉淀，所得上清液加入30mL异丙醇沉淀剂，离心，将沉淀分散到5mL水中，重复3次，得到少量浅橙色固体沉淀，即为PEI稳定的Au纳米点，其浓度为2mmol/L。其在紫外光照射下显示优良的绿色荧光；表面为正电性，Zeta电势为35mV；应用于对细胞荧光标记和荧光成像中显示绿色荧光。

实施例2

制备正电性Pd纳米点。在150mL水中加入0.2mmol CH₃COOAg，混合均匀后加入0.3mmol硼氢化钠，将溶液加热至90℃反应50min后自然冷却，得到灰色浑浊的溶液，将反应后的溶液直接离心，取沉淀，得到的Ag纳米粒子粒径为60～80nm，分散于100mL水中。

取上述5mL Ag NPs溶液，加入30uL、50mmol/L PdCl₂溶液，混合均匀后，加入200uL、0.003mmol/L聚丙烯胺盐酸盐，将体系在80℃油浴中均匀搅拌3h，可以看到烧瓶中变成淡黄绿色透明溶液，并有少量黑色沉淀生成。冷却后，先将反应后溶液直接离心分离出黑色沉淀，所得上清液加入50mL异丙醇沉淀剂，离心，将沉淀分散到5mL水中，重复3次，得到少量黄色固体沉淀，即为PAH稳定的Pd纳米点，其浓度为1.5mmol/L。

实施例3

制备正电性Pt纳米点。在90mL水中加入0.15mmol AgNO₃，混合均匀后加入0.3mmol抗坏血酸，将溶液加热至100℃反应30min后自然冷却，将反应后的溶液直接离心，取沉淀，得到的Ag纳米粒子粒径为60～80nm，分散于100mL水中。取上述5mL Ag NPs溶液，加入50uL、50mmol/L H₂PtCl₆溶液，混合均匀后，加入100uL，0.01mmol/L聚乙烯亚胺作为稳定剂，将体系在80℃油浴中均匀搅拌3h，可以看到烧瓶中变成淡黄色透明溶液，并有少量黑色沉淀生成。冷却后，先将反应后溶液直接离心分离出黑色沉淀，所得上清液加入50mL异丙醇沉淀剂，离心，将沉淀分散到5mL水中，重复3次，得到少量黄色固体沉淀，即为PEI稳定的Pt纳米点，其浓度为5mmol/L。