基于CuInS量子点的多功能纳米探针及其肿瘤影像诊断应用

发布时间：2017-10-24 06:09

  本文关键词：基于CuInS量子点的多功能纳米探针及其肿瘤影像诊断应用

  更多相关文章： CuInS 量子点 近红外荧光成像 MRI成像 多模态成像

【摘要】：随着纳米科技和影像学技术的迅速发展,以量子点为代表的纳米材料作为多功能影像探针在生物医学诊断方面的应用已成为目前的研究热点之一。以Cu InS量子点为代表的I-III-VI族半导体纳米材料具有近红外荧光发射和元素毒性低等优点,被认为尤其适合于近红外荧光活体成像。然而,目前所合成的量子点多功能影像探针通常存在荧光性质不可控、结构和胶体稳定性差、生物毒性高、表面性质不可控等问题,限制了其在生物成像方面的应用推广。因此,针对目前量子点多功能影像探针的发展中存在的问题,本论文拟构建基于Cu InS量子点的多功能纳米影像探针,使其不仅具有可控、可调的高荧光品质,当将其与其它成像功能模块相结合时,还能表现出良好的生物相容性和结构稳定性,最终实现其在肿瘤靶向多模态影像诊断方面的应用。首先,针对现有报道的Cu InS/ZnS量子点的高温热分解法存在的两大问题,即所合成的Cu InS量子点的荧光光谱通常由多个发射峰组成;在后续ZnS无机包壳的过程中通常伴随显著且不可控的荧光波长蓝移的现象。本文发展了一种简便易行的合成Zn离子掺杂的Cu InS/ZnS(ZCIS/ZnS)量子点的方法。我们系统研究了反应时间、Zn离子含量等因素对所合成的ZCIS/ZnS量子点荧光品质的影响。该方法不仅能够实现ZCIS/ZnS量子点荧光发射峰具有良好的对称性和单一性,并在590~815nm范围内可控、可调,还能够有效抑制ZnS包壳过程中不可控的发射波长蓝移的现象。这种改进的方法有利于我们可控地合成近红外荧光发射的ZCIS/ZnS量子点用于近红外荧光活体成像。另外,针对包壳过程中发射波长蓝移被有效抑制的现象,我们还提出了相应的理论推测并通过相关表征对其进行了验证。其次,立足于目前Cu InS量子点大部分在高温油相体系中合成的发展现状,以及无法直接应用于生物医学的局限,本文发展了一种一锅法制备亲水性ZCIS/ZnS量子点的合成方法,并将其不经任何表面改性和修饰直接应用于荧光活体成像。具体是以PEG-400作为非配位型溶剂,以巯基己醇作为表面配体,通过高温分解法合成了ZCIS/ZnS量子点。实验证明,所合成的ZCIS/ZnS量子点不仅未表现出明显的细胞毒性,还具有较好的生物相容性,并能够成功应用于荧光活体成像。该方法的提出将为以后制备功能更加完善的亲水性Cu InS量子点并直接应用于生物医学成像打开了思路、奠定了基础。第三,面向双模态成像技术对纳米材料的应用要求,以CuInS量子点为基体材料,通过无机掺杂技术实现Gd和Zn的共掺杂引入,最终合成一种品质优良、性能可控的GdZnCuIn S/ZnS(GZCIS/ZnS)双模态量子点并应用于荧光/MRI双模态活体成像。实验证明所合成的GZCIS/Zn S双模态量子点具有如下突出特点及优势:(1)可精确调控的荧光性质;(2)在顺磁性离子Gd引入同时还能保持优良的荧光品质;(3)显著的MRI成像增强能力;(4)同时具备近红外荧光活体成像和MRI活体成像的能力。实验证明,由该方法所制备出的GZCIS/ZnS双模态量子点性质可控可调,还能成功应用于近红外荧光/MRI双模态活体成像。最后,针对目前通过有螯合剂参与的放射元素标记手段所制备的放射性纳米探针存在结构和放射化学稳定差的问题,本文通过纳米合成技术直接合成一种由64Cu标记的具有自放射性和自激发荧光效应的[64Cu]CuInS/ZnS量子点。实验结果证明通过该方法所合成的[64Cu]CIS/ZnS量子点具有如下优势和特点:(1)良好的结构稳定性;(2)明确的表面理化性质;(3)可优化的共振能量转移效率;(4)简单易行的合成操作减少辐射伤害。得益于所合成的[64Cu]CIS/ZnS量子点的荧光品质高、放射化学稳定性强、生物相容性好等优点,实验进一步验证了所合成的[64Cu]CIS/ZnS量子点不仅能够用于PET扫描成像,还能够通过切伦科夫共振能量转移(CRET)表现出自激发荧光效应,并成功应用于自激发荧光活体成像,是一种具有广阔潜在应用前景的多模态纳米影像探针。
【关键词】：CuInS 量子点 近红外荧光成像 MRI成像 多模态成像
【学位授予单位】：天津大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：O657.3;R445.2
【目录】：

• 摘要4-6
• abstract6-11
• 第一章 绪论11-35
• 1.1 引言11-12
• 1.2 量子点12-17
• 1.2.1 量子点的概念12-13
• 1.2.2 量子点的量子效应13-14
• 1.2.3 量子点的发光原理14-15
• 1.2.4 量子点的发光特点15-17
• 1.3 CuInS量子点的光学性质和合成方法17-24
• 1.3.1 CuInS量子点的光学性质17-19
• 1.3.2 CuInS量子点的合成方法19-24
• 1.4 量子点纳米探针的制备24-31
• 1.4.1 偶联24-27
• 1.4.2 共载27-29
• 1.4.3 掺杂29-31
• 1.5 分子影像学技术31-32
• 1.6 本课题的意义及研究内容32-35
• 第二章 油溶性Zn掺杂的CuInS量子点的制备及其在肿瘤靶向诊断的应用35-59
• 2.1 引言35-36
• 2.2 实验部分36-41
• 2.2.1 实验仪器和药品36-37
• 2.2.2 实验方法37-40
• 2.2.3 表征与测试40-41
• 2.3 结果与讨论41-57
• 2.3.1 反应时间对ZCIS量子点的光学性质的影响41-44
• 2.3.2 反应时间对ZCIS量子点的结构、形貌的影响44-47
• 2.3.3 Zn离子对ZCIS量子点的影响47-49
• 2.3.4 ZnS包壳对ZCIS/ZnS量子点的光学性质的影响49-53
• 2.3.5 ZCIS/ZnS-cRGD量子点探针用于肿瘤靶向活体成像53-57
• 2.4 本章小结57-59
• 第三章 亲水性ZnCu In S量子点的制备及其活体成像应用59-73
• 3.1 引言59-60
• 3.2 实验部分60-64
• 3.2.1 实验仪器和药品60-61
• 3.2.2 实验方法61-63
• 3.2.3 表征与测试63-64
• 3.3 结果与讨论64-72
• 3.3.1 亲水性ZCIS/ZnS量子点的合成方法阐述64-66
• 3.3.2 亲水性ZCIS/ZnS量子点的性质研究66-70
• 3.3.3 亲水性ZCIS/ZnS量子点用于荧光活体成像70-72
• 3.4 本章小结72-73
• 第四章 Zn、Gd共掺杂的CuInS双模态量子点的制备及其双模态成像应用73-95
• 4.1 引言73-75
• 4.2 实验部分75-80
• 4.2.1 实验仪器和药品75-76
• 4.2.2 实验方法76-79
• 4.2.3 表征与测试79-80
• 4.3 结果与讨论80-94
• 4.3.1 Zn离子对GZCIS/ZnS量子点性质的影响80-86
• 4.3.2 Gd离子对GZCIS/ZnS双模态量子点性质的影响86-88
• 4.3.3 GZCIS/ZnS双模态量子点应用于细胞成像88-91
• 4.3.4 GZCIS/ZnS双模态量子点应用于荧光/MRI双模态活体成像91-94
• 4.4 本章小结94-95
• 第五章 ~(64)Cu标记的放射性CuInS量子点的制备及其肿瘤靶向诊断的应用95-119
• 5.1 引言95-97
• 5.2 实验部分97-103
• 5.2.1 实验仪器和药品97-98
• 5.2.2 实验方法98-101
• 5.2.3 测试与表征101-103
• 5.3 结果与讨论103-118
• 5.3.1 [~(64)Cu]CIS/ZnS量子点的合成103-107
• 5.3.2 [~(64)Cu]CIS/ZnS量子点的放射化学稳定性107-108
• 5.3.3 [~(64)Cu]CIS/ZnS量子点的CRET荧光成像优化108-112
• 5.3.4 [~(64)Cu]CIS/ZnS量子点用于PET/CRET荧光成像112-118
• 5.4 本章小结118-119
• 第六章 全文结论119-122
• 参考文献122-131
• 发表论文和参加科研情况说明131-134
• 致谢134-136

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本文编号：1087402