[发明专利]一种集光学和光声于一体的双模态分子影像探针及其制备方法和应用

说明书

本发明涉及一种集光学和光声于一体的双模态纳米分子影像探针及其制备方法和应用，其由核酸纳米结构‑金纳米棒‑量子点复合物形成，所述核酸纳米结构是利用DNA折纸技术构建的二维和/或三维纳米结构；所述金纳米棒为表面进行DNA修饰的金纳米棒。本发明制备的核酸纳米结构‑金纳米棒‑量子点复合物作为光学及光声成像探针，不但能够保证其偶联的光声学的吸收对比增强效果，而且负载的量子点具有很好的光学成像质量效果，可显著提高检测灵敏度并延长活体成像的检测时间，该材料制备方法工艺简单、成本低且方便易行。

技术领域

本发明涉及光学光声成像领域，具体而言，本发明涉及了一种集光学和光声于一体的、以核酸纳米结构为基础自组装的双模态纳米分子影像探针及其制备方法和应用。

背景技术

恶性肿瘤是一种严重危害人类健康的重要疾病，是威胁人类生命的头号杀手。面对全球恶性肿瘤发生率和死亡率的不断攀升，以及目前诊断和治疗方法的局限性，发展高效低毒的诊疗一体化治疗方法已成为迫在眉睫的重大问题。如何有效的利用较小侵入性且高灵敏度的分子影像手段进行恶性肿瘤的早期筛查和切除术中导航，如何进一步实现肿瘤诊断与治疗一体化，是现今癌症研究中的热点。

分子探针是成像成功的关键，它的合成和检测是分子影像学研究中最热门、最前沿的问题之一。而实际上，人们对探针的研究，没有一种完美的影像技术能够提供检测对象的所有信息，任何一种影像技术都存在自身优缺点；传统的分子探针中，同样也没有一种能够提供关于组织的所有结构、功能和分子信息。为了克服这些问题，人们开始研究多模态分子探针，使得在诊断、治疗和监测等方面可以获得全方位的信息，必将成为未来进行体内成像的重要工具。相对于传统高损伤的手术治疗和高毒性的放化疗治疗策略，利用纳米探针在活体进行光学(Optical imaging)及光声成像(Photoacoustic imaging)指导下的双模态的癌症诊疗一体化策略，以其对肿瘤较好的疗效和对机体较小的侵入损伤因而具有极其重要的应用前景。

核酸纳米材料具有结构精确可控、易于化学修饰、生物可降解等特点，是一种很有潜力的抗肿瘤分子影像探针，在药物高效靶向运输、多功能复合诊疗平台等方面有非常广阔的应用前景。研制高效、低毒、靶向、多功能的核酸纳米结构作为运输载体，有望为开发新一代抗肿瘤药物运输系统提供新思路、新途径和新手段，具有重大的实际意义。DNA折纸(DNA origami)是一种新颖而独特的DNA自组装纳米技术，为核酸纳米材料的制备提供了一个新的思路，现在被广泛用来从生物大分子脱氧核糖核酸(DNA)自下而上(Bottom-up)的制作各种纳米尺度的二维和三维的DNA图案和形状，它是利用一条长的单链核苷酸序列与若干条短的寡核苷酸序列通过碱基互补配对原则进行杂交形成预先设计的结构，通过这项技术，可以简单方便的制备结构复杂的二维或三维DNA纳米材料。因此，研制高效、低毒、靶向、可控的DNA折纸纳米结构作为药物运输载体，具有非常重大的实际意义。

贵金属纳米材料，由于其具有光声的特点而引起了广泛关注并成为了肿瘤治疗方面的另一研究热点，其中金纳米棒最具有一定的代表意义。金纳米棒近红外区域具有良好的等离子共振效应(Surface Plasmon Resonance，SPR)，能够被可见光或者近红外光诱导并将其转化为热量释放出来，可用来进行光热治疗；利用其等离子共振峰峰波长相近的双光子激光进行激发则产生双光子荧光和光声信号，可被用作活体诊断成像的造影剂。尽管利用贵金属纳米颗粒及其组装体作为造影剂进行光声成像和光热治疗有诸多的好处，如制备简单、形貌丰富、尺寸可控以及生物安全性等优势，但应用于肿瘤的早期检测和治疗的实践中，仍然存在许多的问题。如贵金属纳米材料结构大多尺寸较小，对于肿瘤区域没有主动选择性，限制其进一步应用。如果能够将贵金属纳米颗粒或其组装结构进行有效装载，并对纳米载体进行肿瘤细胞和组织靶向功能修饰，则既可以提高造影材料对肿瘤组织的有效递送，又可以避免纳米材料对正常组织和细胞的伤害，从而有效杀伤肿瘤；还可在同一纳米载体上同时装载成像试剂/化疗药物等，最终实现高效、低毒、靶向、影像探针导航的诊疗一体化纳米平台。