近红外量子点在生物医学分析与生物成像方面的应用研究

发布时间：2016-12-23 21:38

  本文关键词：近红外量子点在生物医学分析与生物成像方面的应用研究，由笔耕文化传播整理发布。

《吉林大学》 2015年

近红外量子点在生物医学分析与生物成像方面的应用研究

林咨含  

【摘要】：近红外量子点是一类新型荧光纳米材料，在生物成像与检测方面引起了研究者们的广泛关注。近红外量子点的发射波长在650-900nm之间，这对生物成像和生物检测来说具有其特有的应用价值。在保留了可见光量子点诸多优点的基础上，近红外量子点还具备其独有的优势，如穿透深度大能够抵消由于生物组织的光吸收及自发荧光等因素引起的干扰。因此，近红外量子点已被广泛地应用于生物和医学等众多领域。 然而，近红外量子点的进一步应用仍面临一些亟待解决的问题：如近红外量子点中的重金属泄露和表面有机基团引起的细胞毒性；有机合成过程中的毒性等。大多数近红外量子点是在有机相中使用金属有机化合物作为前驱体合成的，合成过程中使用许多毒性有机溶剂，对环境和人类的身体健康都会构成危害。因此，对于低毒性及对生态环境更加友好的三元近红外量子点材料的开发引起研究者更大的关注。 本论文中使用的I–III-VI型铜铟硫（CuInS2）量子点是利用水热合成法合成的一种水溶性的近红外量子点。与传统近红外量子点相比，该铜铟硫量子点在合成过程中不需要使用有机溶剂，并且量子点组成中不含有镉、汞和铅等重金属元素。因此通过水热法合成的CuInS2量子点在具有传统量子点诸多优点的同时，还具备更低的生物毒性和更高的生物相容性，这使其更适用于生命科学领域的应用。在本论文中，我们将研究新型的水溶性近红外CuInS2量子点在生物医学分析、肿瘤细胞成像及癌症诊断中的应用。具体工作归纳如下: 论文的第一章，我们详细介绍了量子点的特性和合成方法，以及其在生物应用方面的研究。同时，阐述了在近几年中近红外量子点的合成和在生物成像中的应用进展，并总结了本论文的研究意义及主要内容。 论文的第二章，我们研究了近红外荧光纳米微球的制备，以及其作为荧光纳米探针被应用于前列腺癌细胞的荧光成像。我们通过反相微乳法合成了可控制粒径大小的核壳型近红外CuInS2QDs@SiO2纳米微球，并在CuInS2QDs@SiO2纳米微球的表面进行了氨基修饰。为了使该体系能够更好地应用于前列腺癌细胞的荧光成像，我们将抗PSCA抗体与近红外CuInS2QDs@SiO2纳米微球进行共价连接，从而获得了anti-PSCA-QDs@SiO2纳米探针。通过荧光显微镜观察并证实了与抗PSCA抗体共价连接的CuInS2QDs@SiO2纳米微球可以与人前列腺癌细胞PC-3M的表面发生特异性的结合。MTT试验和荧光显微镜照片结果表明anti-PSCA-QDs@SiO2纳米探针生物毒性很小，并在细胞成像中具有较高的特异性。anti-PSCA-QDs@SiO2作为一种新型近红外纳米荧光探针，可被用于目标物的荧光成像、生物测定和癌症的早期诊断等应用中。 论文的第三章，我们构建了一种新型的能够装载道诺霉素（DNR）的MUC1适体-CuInS2量子点复合探针（DNR-MUC1-QDs），并将其应用于靶向细胞成像及传感系统中。首先将近红外CuInS2量子点与MUC1-(CGA)7相连接，形成MUC1-QDs复合物，DNR会高选择性的嵌入到MUC1-QDs复合物的双链CG序列中。在体外实验中，我们分别检测了DNR-MUC1-QDs载药复合物对MUC1呈阳性和MUC1呈阴性细胞的药物传输能力。实验结果表明，适体-量子点纳米生物体系不仅能够将道诺霉素DNR靶向传输到前列腺癌细胞上，还可以在细胞成像过程中，通过CuInS2量子点荧光强度的改变从而监测DNR的装载及释放。同时，DNR-MUC1-QDs探针在体外的癌细胞成像、治疗以及传感系统中都具有良好的特异性和灵敏度。 论文的第四章，我们使用巯基丙酸修饰的CuInS2量子点作为近红外荧光探针来检测前列腺癌的生物标志物酸性磷酸酶。CuInS2量子点通过与铜离子的结合发生电子转移，致使量子点的荧光淬灭。在加入三磷酸腺苷（ATP）后，由于铜离子和ATP之间更强的结合能力，铜离子脱离量子点的表面，使量子点的荧光恢复。而酸性磷酸酶的引入能够催化水解ATP，破坏了铜离子与ATP之间的结合。因此，量子点的荧光再次被释放出的铜离子淬灭。此方法在溶液中检测酸性磷酸酶的检出限极低。该CuInS2量子点荧光探针可应用于体外前列腺癌细胞PC3M的荧光成像。 论文的第五章，我们使用凝血酶适体和CuInS2量子点-锌离子构建了一种简单、灵敏地检测凝血酶的荧光方法。凝血酶适体通过电子转移过程可以有效地淬灭锌离子-CuInS2量子点的荧光。当加入凝血酶时，凝血酶适体会形成G-四连体结构与凝血酶特异性结合，从而使CuInS2量子点的荧光恢复。此方法能够检测皮摩尔浓度的凝血酶，在与凝血功能异常和癌症相关疾病的诊断中有着潜在的应用前景。

【关键词】：
【学位授予单位】：吉林大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：O657.3;TP212
【目录】：

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