[发明专利]一种羧基化法β-环糊精修饰的低毒性功能化量子点及其制备方法

说明书

技术领域

一种羧基化法β-环糊精修饰的低毒性功能化量子点及其制备方法，制备的功能化量子点可以用于肿瘤标志物等的特异性荧光检测，属于特异性分子识别诊断试剂领域。

背景技术

叶酸是细胞(尤其是增殖旺盛的细胞)所必需的维生素，它参与多种代谢途径的一碳转移反应。叶酸的细胞转运通过两种跨膜蛋白，即低亲和力的还原性叶酸载体和高亲和力的叶酸受体来完成。目前已证实叶酸受体在多种肿瘤细胞表面过度表达，如卵巢癌、宫颈癌、子宫内膜癌、乳腺癌、肺癌、脑瘤、室管膜细胞瘤等，而在多数正常组织中的表达仅限于一些难于进入血液循环的上皮细胞顶膜。叶酸含有α和γ两个羧基，易于修饰，同时具有低免疫原性、小体积、高化学稳定性和生物学稳定性，高肿瘤渗透性、易与药物结合，与有机或水性溶剂的相容性佳以及低成本等优点，故叶酸介导的肿瘤靶向研究得到了迅速发展。

用于生物分子和细胞标记与识别的荧光探针包括有机分子荧光探针和无机分子荧光探针两类。有机分子荧光探针的种类尽管比较多，但存在着Stoke位移小，容易光漂白以及量子产率低等不足。无机分子荧光探针主要是量子点（Quantum Dots，QDs）。QDs是指半径小于或接近于激子波尔半径的半导体纳米晶粒，粒径通常为1-10nm，一般为由II-VI族或III-V族元素构成的化合物。量子点作为一种新型荧光染料，具有很多独特而优良的光学特性，包括（1）连续而宽的激发光谱，且荧光谱峰位置可通过改变QDs的粒径进行调控，这样仅用一种波长的激发光源便可激发多种不同颜色荧光的QDs，进行多元荧光检测。（2）发射光谱窄，可同时显现多种不同颜色而无重叠。（3）Stokes位移大，能够避免发射谱与激发谱重叠，从而允许在低信号强度的情况下进行光谱学检测。（4）抗光漂白能力强，而这种抗光漂白的高度光稳定性对于需要长时间成像的研究而言极为重要。（5）光稳定性高，便于获得无背景干扰的荧光信号等优良的光物理特性。（6）荧光产率高，强度强，单一量子点表现出的荧光亮度是有机荧光染料的10-20倍。因此，量子点在多个研究领域显示出其独特的应用前景。

根据合成量子点时所采用溶剂的不同，量子点合成方法可归结为两大类，一种方法是在高沸点的有机溶剂中利用前躯体热分解来合成，得到的产物荧光效率高、尺寸均匀、稳定性好。另一种是利用稳定剂在水溶液中直接合成，产物的尺寸分布宽，荧光效率较低。一般量子点的合成是在有机溶剂中进行的，在非金属核的外面形成了疏水性的外壳，使得合成的量子点具有疏水性而不能在生物学上应用。为了使它们具有生物相容性，常对它们进行功能化，或对其进行第二层包被，可以增强其水溶性、核的持久稳定性以及悬浮性质，使量子点具有更好的生物活性。

通过修饰量子点的包被可以得到高度特异性的量子点，用于诊断(分子成像)和治疗(生物载体)等。但是它们的潜在毒性就在于它们的包被上，如果这些包被脱离核，不管释放出组合体的核(CdTe、CdSe)还是单一的金属镉(Cd)，都会产生毒性。或者，一些量子点包被材料本身就有细胞毒性，如醋酸甲醇(MAA)。同时，在光照和氧化条件下量子点可能降解，因此稳定性在其商业化进程中显得至关重要。

近红外荧光探针在生物体内分子的诊断识别中起着关键的作用。因为近红外波段（600~800nm）的光波避开了体内水，有氧及无氧血红蛋白等主要吸收组织的最佳吸收波长，因而具有良好的生物组织穿透能力，且对生物组织无损伤。因此具有近红外发光特性的水溶性量子点更适合生物分析应用。

环糊精(Cyclodextrin，简称CD)是直链淀粉在由芽孢杆菌产生的环糊精葡萄糖基转移酶作用下生成的一系列环状低聚糖的总称，通常含有6～12个D-吡喃葡萄糖单元。其中研究得较多并且具有重要实际意义的是含有6、7、8个葡萄糖单元的分子，分别称为α-、β-、γ-环糊精。根据X-线晶体衍射、红外光谱和核磁共振波谱分析的结果，确定构成环糊精分子的每个D(+)-吡喃葡萄糖都是椅式构象。各葡萄糖单元均以1，4-糖苷键结合成环。由于连接葡萄糖单元的糖苷键不能自由旋转，环糊精不是圆筒状分子结构而是略呈锥形的圆环。其中，环糊精的伯羟基围成了锥形的小口，而其仲羟基围成了锥形的大口。形成略呈锥形的中空圆筒立体环状结构。β-环糊精（β-CD）分子结构如下式所示：