[发明专利]用于诊断分析和药物递送的碳量子点

说明书

本公开提供一种形成碳量子点的方法，其包括将碳粉与硫酸和硝酸混合，并将碳粉混合物加热至回流以使所述碳粉氧化。所述方法进一步包括分离和纯化所述碳量子点。本公开进一步提供碳量子点用于诊断分析(例如骨分析)、纤维化抑制以及药物递送的应用。

相关申请的交叉引用

本申请根据35U.S.C.§119(e)要求于2016年2月5日提交的美国临时专利申请第62/292026号的权益。上述申请的全部公开内容通过引用并入本文。

政府支持声明

本发明在国家科学基金会的授权1355317的政府支持下完成。政府在本发明中享有一定权利。

技术领域

本公开涉及碳量子点的形成，更特别地，涉及碳量子点的形成以及其用于诊断分析(例如骨分析)、纤维化的抑制以及药物递送的用途。

背景技术

本文提供的背景描述是出于总体上提供本公开的背景的目的。在所述背景技术部分或者本文它处所描述的现在提及的发明人的工作，以及在提交时不能视作现有技术的说明的各方面，既非明确地也非隐含地被承认为针对本公开的现有技术。

碳量子点是量子尺寸的碳纳米颗粒，其最近作为优良的纳米颗粒出现，具有取代含有毒性量子点的重金属的潜力。碳量子点潜在的生物应用由于其独特的特性(例如激发波长依赖性的光致发光、优异的生物相容性、低细胞毒性以及光学稳定性)已经受到极大关注。

碳量子点可通过“自顶向下”法或“自底向上”法制备，通常通过化学技术、电化学技术或者物理技术实现。“自顶向下”合成路线是指使用激光消融、电弧放电以及电化学技术将诸如石墨、碳纳米管以及纳米钻石这样的较大的碳结构分解为碳量子点。相比而言，“自底向上”合成路线则涉及通过热液/溶热处理、载体合成以及微波合成路线由诸如碳水化合物、柠檬酸盐以及聚合物-二氧化硅纳米复合材料这样的小前体合成碳量子点。

碳量子点可容易地穿过细胞膜，因此在生物成像和治疗诊断中具有潜在的应用。但是，对于生物系统中的任何实际应用，碳量子点都会不可避免地与肽和蛋白接触，并且可能会改变其构象。诸如碳纳米管、二氧化铈纳米颗粒、二氧化钛纳米颗粒以及金纳米颗粒这样的已知纳米颗粒已经被发现可以促进蛋白和肽的纤维化，从而引起蛋白/肽结构的改变。

另外，碳量子点具有作为治疗剂来治疗中枢神经系统(CNS)中的神经退化性疾病的潜力。但是，由于高选择性的渗透性屏障(血脑屏障(BBB))的存在，在生物系统中将药物递送至CNS仍然是一个主要的医学挑战。

将碳量子点与活骨结合对于提供通用的药物递送系统将是有利的。但是，如“官能化的碳量子点使得能够同时进行骨裂检测和药物沉积(Functionalized carbon dotsenable simultaneous bone crack detection and drug deposition)”，《材料化学杂志B(J.Mater.Chem.B)》2014，2，8626-8632和“通过改性碳量子点对骨中的钙进行体外检测(Invitro detection of calcium in bone by modified carbon dots)”，《分析师(Analyst)》2013，138，7107-7111中所述，根据公开的方案制备的碳量子点只有在与谷氨酸(一种钙结合分子)缀合时才会显示骨结合活性，并且仅存在于提取的骨中，从来不存在于活体动物中。另外，为了向碳量子点加载药物，碳量子点的表面可能需要进行改性，并且这种改性可能会影响碳量子点的结合特性。

因此，提供可用于生物应用、并且展现出一种或多种优点(例如抑制蛋白和肽的构象改变、透过血脑屏障的能力以及/或者与活体动物中的骨结合的能力)的非毒性碳量子点将是有利的。

发明内容