[发明专利]一种具有荧光/超声双模式靶向成像功能的碳纳米管复合材料及其制备方法和应用

说明书

技术领域

本发明涉及一种具有荧光/超声双模式靶向成像功能的碳纳米管复合材料的制备方法和应用，属于多功能纳米复合材料技术领域。 

背景技术

碳纳米管（Carbon nanotube，简称CNT）是由片层结构的石墨卷成的无缝中空的纳米级同轴圆柱体，每个层是由碳原子通过sp²杂化与周围3个碳原子完全键合成的六边形平面而围成圆柱面，两端由五边形或七边形参与封闭而成。它的直径在纳米级，但长度可以达到微米甚至厘米量级，一般可用长径比来表示碳纳米管的大小，其值可达10³量级或者更大。因此，碳纳米管具有管径小、长径比大的特点，被视为准一维材料。 

碳纳米管由于其独特的结构和性质，已成为在电学、光学以及生物学等领域的一种重要材料。但是碳纳米管也存在一些缺陷，比如，由于其本身制备方法的特点，未纯化的碳纳米管内有一些金属杂质，并且很难溶于水和一些有机溶剂，大大阻碍了其应用。为了解决这些问题，人们就利用各种方法对其进行表面修饰，制备出各种纳米复合材料，拓宽了其应用领域。 

超声成像是近年来迅速发展的一种检测技术，随着电子学的进步，此法在临床上得到日益广泛的应用。碳纳米管由于具有管道结构，对超声波具有很好的回声性质，有望成为新型的超声造影剂，因此我们研究了经修饰后的碳纳米管在超声成像方面的应用。 

同时，我们还可以在碳纳米管上修饰荧光素以便采用激光共聚焦成像系统检测细胞荧光成像。 

碳纳米管难溶于水及有机溶剂，且在溶液中容易聚集成束，可以说是极大地限制了它在许多领域的研究与应用，尤其是在生物医学上的应用。因此，通过化学反应对碳纳米管表面进行功能化的修饰不仅仅大大改善了对其纯化和分散的效果，而且一旦表面修饰后就会引入“新的官能团”还可以达到改变性能的目的，有利于碳纳米管在生物医学领域的应用。 

发明内容

本发明的目的是提供一种具有荧光/超声双模式靶向成像功能的碳纳米管复合材料，这种复合材料的超声效果显著，而且在水中分散性好，生物相容性好，材料本身毒性小，对前列腺癌细胞靶向性好。 

本发明的另一个目的是为了提供这种多功能材料的制备方法，该方法具有操作简单、原料易得和成本低廉等优点。 

本发明的目的是这样实现的：具有荧光/超声双模式靶向成像功能的碳纳米管复合材料的制备方法，包括如下步骤： 

1）将碳纳米管置于浓硫酸和浓硝酸的混合溶液中，在140～145℃油浴回流搅拌24～25小时，离心，洗涤，冷冻干燥，制得表面带羧基的截短的碳纳米管，记为MWCNT-COOH； 

2）将经过羧基活化步骤的MWCNT-COOH的无水甲醇溶液与经过超声分散步骤的聚乙烯亚胺（PEI）的无水甲醇溶液混合，搅拌反应24～25小时，离心，洗涤，冷冻干燥，制得表面包覆枝化的聚乙烯亚胺的碳纳米管，记为MWCNT/PEI； 

3）向MWCNT/PEI的PBS分散液中加入异硫氰酸荧光素，在羧基活化剂存在的条件下搅拌反应24～25小时，离心，用无水乙醇洗涤，冷冻干燥，制得碳纳米管/聚乙烯亚胺（异硫氰酸荧光素）； 

4）将碳纳米管/聚乙烯亚胺（异硫氰酸荧光素）分散在含戊二醛的PBS缓冲溶液中，静置2～3小时，离心分离，用PBS缓冲溶液洗涤，然后重新分散在PBS缓冲溶液中，加入PSCA单克隆抗体，在4～5℃搅拌10～12小时，得碳纳米管/聚乙烯亚胺（异硫氰酸荧光素）-PSCA单克隆抗体材料，即具有荧光/超声双模式靶向成像功能的碳纳米管复合材料，保存于4～5℃的PBS缓冲溶液中。 

步骤1）中碳纳米管为多壁碳纳米管，其直径为10～20nm，长度为1～2μm。 

步骤1）中碳纳米管与混合溶液的固液比为1∶30～60g/mL。 

步骤1）中混合溶液中浓硫酸与浓硝酸的体积比为2.9～3.1∶1，浓硫酸浓度是95wt％～98wt％，浓硝酸的浓度是65wt％～68wt％。 

步骤2）中所述聚乙烯亚胺为带有较多氨基的枝化的聚乙烯亚胺。 

步骤2）中MWCNT-COOH与聚乙烯亚胺的质量比为1∶30～40。 

步骤2）中所述羧基活化步骤为：向MWCNT-COOH的无水甲醇中加入1-（3-二甲氨基丙基）-3-乙基碳二亚胺盐酸盐（EDC·HCl）和N-羟基琥珀酰亚胺（NHS），活化3～3.5小时，MWCNT-COOH与EDC·HCl和NHS的质量比为1～1.5∶10∶10。