CN105802605A - 一种用于细胞成像的荧光金纳米复合物的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及复合纳米粒子制备技术领域，提供了一种用于细胞成像的荧光金纳米复合物的制备方法，包括：合成金纳米粒子的步骤；将聚赖氨酸壳层包覆到所述金纳米粒子表面的步骤；利用所述壳层表面氨基与琥珀酰亚胺基的反应修饰荧光染料与靶向分子的步骤；本发明的有益效果为：采用静电自组装和氨基交联方法制备，操作简单，成本低廉；氨基酸、聚赖氨酸和多肽分子均为生物分子，绿色环保，避免了使用毒性大的还原剂和表面活性剂，具有很好的生物相容性；利用金纳米粒子的表面等离子体效应提高染料分子荧光强度及在细胞中的光稳定性；靶向分子的引入提升复合物对特定肿瘤细胞的荧光成像效果；在细胞成像、疾病检测和靶向药物研发等领域中应用前景广阔。
Description
技术领域
本发明涉及复合纳米粒子制备技术领域，特别涉及一种用于细胞成像的荧光金纳米复合物的制备方法。
背景技术
荧光标记已成为化学和生物传感及成像研究的重要手段，但传统有机染料存在亮度低、易光漂白等缺点，这些问题极大限制了荧光法在生物成像领域的应用。近年来，随着纳米技术的发展，荧光纳米粒子越来越多地被应用于传感和成像方面。不同于传统的有机小分子染料，荧光纳米粒子如半导体量子点、共轭聚合物、碳纳米点和染料修饰的纳米粒子等荧光纳米结构在细胞内拥有亮度高和光稳定性好等优点。目前已有报道表明，将荧光纳米粒子优异的光学特性和肿瘤靶向分子结合后，可实现对肿瘤细胞的荧光成像。
贵金属纳米粒子由于其具有表面等离子体共振的光学特性，越来越多地被应用于化学和生物传感分析。其中，金纳米粒子的表面易修饰、化学惰性高和生物兼容性好等特性使其被广泛应用于细胞成像与疾病治疗研究中。
发明内容
本发明的目的就是克服现有技术的不足，提供了一种用于细胞成像的荧光金纳米复合物的制备方法；当金纳米粒子表面包覆壳层形成核壳纳米结构后，基于其表面等离子体共振的光学特性，可显著提升附近的荧光分子发光强度及光稳定性；利用核壳纳米结构的独特性质，在其表面修饰荧光染料和肿瘤细胞靶向分子后，可制得荧光强度高、细胞环境中光信号稳定的荧光纳米复合物。将该种荧光纳米复合物应用于细胞成像，相比传统有机染料，具有更好的特异性和光稳定性；该复合物可被细胞高效吸收，并具有较好的细胞成像效果。
本发明的技术方案是：采用金纳米粒子作为基底，以简便的“一锅法”在其表面包覆生物大分子如聚赖氨酸，制得核壳纳米结构；并在其表面修饰荧光染料，以及可特异性结合整合素蛋白αvβ3的肽段作为靶向分子；制得复合物的结构如图1所示；制备过程操作简便、省时，且避免了使用细胞毒性较大的还原剂和稳定剂，使该复合物具有良好的生物相容性和细胞成像功能，特别对整合素蛋白αvβ3过表达肿瘤细胞有优异的成像效果。
本发明一种用于细胞成像的荧光金纳米复合物的制备方法，利用静电自组装与氨基交联将聚赖氨酸壳层包覆到金纳米粒子表面，并利用壳层表面氨基与琥珀酰亚胺基的反应修饰荧光染料与靶向分子；具体包括：
合成金纳米粒子的步骤；将聚赖氨酸壳层包覆到所述金纳米粒子表面的步骤；以及利用所述壳层表面氨基与琥珀酰亚胺基的反应修饰荧光染料与靶向分子的步骤。
进一步的，合成金纳米粒子的步骤为：烧瓶用王水浸泡30分钟，以去离子水清洗干净；向烧瓶中按毎10mL去离子水加5mg氨基酸的比例分别加入去离子水和氨基酸，室温下充分搅拌溶解；然后按毎5mg氨基酸加入100μL的比例加入氯金酸溶液，所述氯金酸溶液的浓度为0.1mol/L，室温下搅拌3小时，溶液由无色逐渐变为深红色，即得金纳米粒子溶液。
进一步的，将聚赖氨酸壳层包覆到所述金纳米粒子表面的步骤为：在烧瓶中将所述金纳米粒子溶液稀释1倍，向其中加入聚赖氨酸溶液和氨基交联剂，所述聚赖氨酸溶液的浓度为25mg/ml，添加量为毎4ml金纳米粒子稀释溶液添加100-200μL聚赖氨酸溶液；所述氨基交联剂的添加量为毎4ml金纳米粒子稀释溶液添加0.2mg氨基交联剂；调pH值至弱碱性，室温下搅拌3-5小时，得到包裹产物溶液。
进一步的，利用壳层表面氨基与琥珀酰亚胺基的反应修饰荧光染料与靶向分子的步骤具体为：将所述包裹产物溶液离心1次，吸走上清液后，用相同体积去离子水再分散，搅拌状态下，毎4mL包裹产物溶液中加入50μL浓度为1mmol/L的带琥珀酰亚胺基的Cy3荧光染料和25-200μL浓度为1mmol/L的6-（马来酰亚胺基）己酸琥珀酰亚胺酯，室温下避光搅拌30-120分钟，然后毎4mL反应溶液中加入200μL浓度为1mmol/L的含RGD（精氨酸-甘氨酸-天冬氨酸）肽段的靶向分子，继续避光搅拌12小时，然后将所得溶液离心吸走上清液，用去离子水分散，即制得用于细胞成像的荧光金纳米复合物。
进一步的，所述氨基酸为赖氨酸、色氨酸、精氨酸或酪氨酸中的一种或几种。
进一步的，所述氨基交联剂为3,3’-二硫代双（磺酸琥珀酰亚氨基丙酸酯）或双琥珀酰亚胺辛二酸酯中的一种。
进一步的，所述弱碱性为pH值9-10。
进一步的，所述荧光染料为吸收峰与金纳米粒子SPR光谱存在交叠的染料。
进一步的，靶向分子为含RGD序列且一端为半胱氨酸的多肽中的一种。
本发明还提供了一种用于细胞成像的荧光金纳米复合物，所述荧光金纳米复合物用上述制备方法制备。
本发明的有益效果为：采用静电自组装和氨基交联方法制备核壳金纳米复合物，操作简单，成本低廉；复合物制备过程中使用的氨基酸、聚赖氨酸和多肽分子均为生物分子，绿色环保，避免了使用毒性较大的还原剂和表面活性剂，使该复合物具有很好的生物相容性；利用金纳米粒子的表面等离子体效应可提高染料分子荧光强度以及在细胞中的光稳定性；靶向分子的引入可提升复合物对特定肿瘤细胞的荧光成像效果；在细胞成像、疾病检测和靶向药物研发等实际领域中应用前景广阔。
附图说明
图1所示为本发明实施例中荧光金纳米复合物结构示意图。
其中：1-金纳米粒子、2-为聚赖氨酸壳层、3-荧光染料、4-靶向分子。
具体实施方式
下文将结合具体附图详细描述本发明具体实施例。应当注意的是，下述实施例中描述的技术特征或者技术特征的组合不应当被认为是孤立的，它们可以被相互组合从而达到更好的技术效果。在下述实施例的附图中，各附图所出现的相同标号代表相同的特征或者部件，可应用于不同实施例中。
本发明实施例一种用于细胞成像的荧光金纳米复合物的制备方法，包括：
合成金纳米粒子的步骤；将聚赖氨酸壳层包覆到所述金纳米粒子表面的步骤；以及利用所述壳层表面氨基与琥珀酰亚胺基的反应修饰荧光染料与靶向分子的步骤。
优选的，合成金纳米粒子的步骤为：烧瓶用王水浸泡30分钟，以去离子水清洗干净；向烧瓶中按毎10mL去离子水加5mg氨基酸的比例分别加入去离子水和氨基酸，室温下充分搅拌溶解；然后按毎5mg氨基酸加入100μL的比例加入氯金酸溶液，所述氯金酸溶液的浓度为0.1mol/L，室温下搅拌3小时，溶液由无色逐渐变为深红色，即得金纳米粒子溶液。
优选的，将聚赖氨酸壳层包覆到所述金纳米粒子表面的步骤为：在烧瓶中将所述金纳米粒子溶液稀释1倍，向其中加入聚赖氨酸溶液和氨基交联剂，所述聚赖氨酸溶液的浓度为25mg/ml，添加量为毎4ml金纳米粒子稀释溶液添加100-200μL聚赖氨酸溶液；所述氨基交联剂的添加量为毎4ml金纳米粒子稀释溶液添加0.2mg氨基交联剂；调pH值至弱碱性，室温下搅拌3-5小时，得到包裹产物溶液。
优选的，利用壳层表面氨基与琥珀酰亚胺基的反应修饰荧光染料与靶向分子的步骤具体为：将所述包裹产物溶液离心1次，吸走上清液后，用相同体积去离子水再分散，搅拌状态下，毎4mL包裹产物溶液中加入50μL浓度为1mmol/L的带琥珀酰亚胺基的荧光染料和25-200μL浓度为1mmol/L的6-（马来酰亚胺基）己酸琥珀酰亚胺酯，室温下避光搅拌30-120分钟，然后毎4mL反应溶液中加入200μL浓度为1mmol/L的含RGD（精氨酸-甘氨酸-天冬氨酸）肽段的靶向分子，继续避光搅拌12小时，然后将所得溶液离心吸走上清液，用去离子水分散，即制得用于细胞成像的荧光金纳米复合物。
优选的，所述氨基酸为赖氨酸、色氨酸、精氨酸或酪氨酸中的一种或几种。
优选的，所述氨基交联剂为3,3’-二硫代双（磺酸琥珀酰亚氨基丙酸酯）或双琥珀酰亚胺辛二酸酯中的一种。
优选的，所述弱碱性为pH值9-10。
优选的，所述荧光染料为吸收峰与金纳米粒子SPR光谱存在交叠的染料。
优选的，靶向分子为含RGD序列且一端为半胱氨酸的多肽中的一种。
本发明实施例还提供了一种用于细胞成像的荧光金纳米复合物，所述荧光金纳米复合物用上述制备方法制备。
在下述实施例中，所用到原料的体积、质量可以等比例放大或缩小，而不会影响到实施例制备方法的有效性。
实施例1
一种用于细胞成像的荧光金纳米复合物的制备方法，包括以下步骤：
步骤一、合成金纳米粒子
取一个25mL圆底烧瓶，用王水浸泡30分钟后以去离子水清洗干净。向烧瓶中加入10mL去离子水和5mg色氨酸，室温下充分搅拌溶解。然后加入100μL氯金酸溶液（浓度为0.1mol/L），室温下搅拌3小时，溶液由无色逐渐变为深红色；
步骤二、聚赖氨酸壳层的包覆
将2mL步骤一中制备的金纳米粒子溶液稀释一倍至4mL并加入10mL圆底烧瓶中。向其中加入100μL聚赖氨酸溶液（浓度为25mg/mL）和0.2mg双琥珀酰亚胺辛二酸酯，调pH=9，室温下搅拌3小时；
步骤三、荧光染料和靶向分子的修饰
将步骤二中得到的包裹产物溶液离心一次，吸走上清后同体积去离子水再分散，搅拌状态下加入50μL带琥珀酰亚胺基的Cy3染料（浓度为1mmol/L）和150μL6-（马来酰亚胺基）己酸琥珀酰亚胺酯（浓度为1mmol/L），室温下避光搅拌60分钟。然后向反应溶液中加入200μL环状RGDyC（精氨酸-甘氨酸-天冬氨酸-酪氨酸-半胱氨酸，为RGD衍生物的一种）肽段（浓度为1mmol/L），继续避光搅拌12小时后将所得溶液离心吸走上清液，用去离子水分散，得到用于细胞成像的荧光金纳米复合物。
实施例2
一种用于细胞成像的荧光金纳米复合物的制备方法，包括以下步骤：
步骤一、合成金纳米粒子
取一个25mL圆底烧瓶，用王水浸泡30分钟后以去离子水清洗干净；向烧瓶中加入10mL去离子水和5mg色氨酸，室温下充分搅拌溶解。然后加入100μL氯金酸溶液（0.1mol/L），室温下搅拌3小时，溶液由无色逐渐变为深红色；
步骤二、聚赖氨酸壳层的包覆
将2mL步骤一中制备的金纳米粒子溶液稀释一倍至4mL并加入10mL圆底烧瓶中。向其中加入100μL聚赖氨酸溶液（25mg/mL）和0.2mg3,3’-二硫代双（磺酸琥珀酰亚氨基丙酸酯），调pH=9，室温下搅拌3小时；
步骤三、荧光染料和靶向分子的修饰
将步骤二中得到的包裹产物溶液离心一次，吸走上清液后同体积去离子水再分散，搅拌状态下加入50μL带琥珀酰亚胺基的Cy3染料（1mmol/L）和150μL的6-（马来酰亚胺基）己酸琥珀酰亚胺酯（1mmol/L），室温下避光搅拌60分钟；然后向反应溶液中加入200μL环状RGDyC（精氨酸-甘氨酸-天冬氨酸-酪氨酸-半胱氨酸，为RGD衍生物的一种）肽段（1mmol/L），继续避光搅拌12小时后将所得溶液离心吸走上清液，用去离子水分散，得到用于细胞成像的荧光金纳米复合物。
本发明制备的用于细胞成像的荧光金纳米复合物，通过氨基酸还原，并通过“一锅法”包覆聚赖氨酸壳层后修饰荧光染料和靶向分子制得，粒径约为60nm，分布均匀，可实现对修饰染料的荧光增强，在荧光共聚焦显微镜下可明显观察到其快速富集在整合素蛋白αvβ3阳性细胞表面，并可高效进入细胞，在细胞中发出稳定荧光。
本发明的有益效果为：采用静电自组装和氨基交联方法制备核壳金纳米复合物，操作简单，成本低廉；复合物制备过程中使用的氨基酸、聚赖氨酸和多肽分子均为生物分子，绿色环保，避免了使用毒性较大的还原剂和表面活性剂，使该复合物具有很好的生物相容性；利用金纳米粒子的表面等离子体效应可提高染料分子荧光强度以及在细胞中的光稳定性；靶向分子的引入可提升复合物对特定肿瘤细胞的荧光成像效果；在细胞成像、疾病检测和靶向药物研发等实际领域中应用前景广阔。
本文虽然已经给出了本发明的几个实施例，但是本领域的技术人员应当理解，在不脱离本发明精神的情况下，可以对本文的实施例进行改变。上述实施例只是示例性的，不应以本文的实施例作为本发明权利范围的限定。
Claims (10)
1.一种用于细胞成像的荧光金纳米复合物的制备方法，包括合成金纳米粒子的步骤，其特征在于，还包括：
将聚赖氨酸壳层包覆到所述金纳米粒子表面的步骤；以及利用所述壳层表面氨基与琥珀酰亚胺基的反应修饰荧光染料与靶向分子的步骤。
2.如权利要求1所述的用于细胞成像的荧光金纳米复合物的制备方法，其特征在于，合成金纳米粒子的步骤为：烧瓶用王水浸泡30分钟，以去离子水清洗干净；向烧瓶中按毎10mL去离子水加5mg氨基酸的比例分别加入去离子水和氨基酸，室温下充分搅拌溶解；然后按毎5mg氨基酸加入100μL的比例加入氯金酸溶液，所述氯金酸溶液的浓度为0.1mol/L，室温下搅拌3小时，溶液由无色逐渐变为深红色，即得金纳米粒子溶液。
3.如权利要求2所述的用于细胞成像的荧光金纳米复合物的制备方法，其特征在于，将聚赖氨酸壳层包覆到所述金纳米粒子表面的步骤为：在烧瓶中将所述金纳米粒子溶液稀释1倍，向其中加入聚赖氨酸溶液和氨基交联剂，所述聚赖氨酸溶液的浓度为25mg/ml，添加量为毎4ml金纳米粒子稀释溶液添加100-200μL聚赖氨酸溶液；所述氨基交联剂的添加量为毎4ml金纳米粒子稀释溶液添加0.2mg氨基交联剂；调pH值至弱碱性，室温下搅拌3-5小时，得到包裹产物溶液。
4.如权利要求3所述的用于细胞成像的荧光金纳米复合物的制备方法，其特征在于，利用壳层表面氨基与琥珀酰亚胺基的反应修饰荧光染料与靶向分子的步骤具体为：将所述包裹产物溶液离心1次，吸走上清液后，用相同体积去离子水再分散，搅拌状态下，毎4mL包裹产物溶液中加入50μL浓度为1mmol/L的带琥珀酰亚胺基的Cy3荧光染料和25-200μL浓度为1mmol/L的6-（马来酰亚胺基）己酸琥珀酰亚胺酯，室温下避光搅拌30-120分钟，然后毎4mL反应溶液中加入200μL浓度为1mmol/L的含RGD肽段的靶向分子，继续避光搅拌12小时，然后将所得溶液离心吸走上清液，用去离子水分散，即制得用于细胞成像的荧光金纳米复合物。
5.如权利要求2所述的用于细胞成像的荧光金纳米复合物的制备方法，其特征在于，所述氨基酸为赖氨酸、色氨酸、精氨酸或酪氨酸中的一种或几种。
6.如权利要求2所述的用于细胞成像的荧光金纳米复合物的制备方法，其特征在于，所述氨基交联剂为3,3’-二硫代双（磺酸琥珀酰亚氨基丙酸酯）或双琥珀酰亚胺辛二酸酯中的一种。
7.如权利要求2所述的用于细胞成像的荧光金纳米复合物的制备方法，其特征在于，所述弱碱性为pH值9-10。
8.如权利要求1所述的用于细胞成像的荧光金纳米复合物的制备方法，其特征在于，所述荧光染料为吸收峰与金纳米粒子SPR光谱存在交叠的染料。
9.如权利要求1所述的用于细胞成像的荧光金纳米复合物的制备方法，其特征在于，靶向分子为含RGD序列且一端为半胱氨酸的多肽中的一种。
10.一种用于细胞成像的荧光金纳米复合物，其特征在于，所述荧光金纳米复合物用如权利要求1-10任一种所述的制备方法制备。
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