功能化没食子酸碳量子点的制备及其抗肿瘤研究

作     者：鲁姝廷 

作者单位：东北林业大学 

学位级别：硕士

导师姓名：王霆

授予年度：2020年

学科分类：081704[工学-应用化学] 07[理学] 08[工学] 0817[工学-化学工程与技术] 070302[理学-分析化学] 080501[工学-材料物理与化学] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 080502[工学-材料学] 0703[理学-化学] 

主      题：碳量子点 没食子酸 抗肿瘤 细胞膜伪装 靶向作用 

摘      要：碳量子点是一种具有优异光致发光性能的碳纳米粒子,因其自身具有良好的水溶性、较低的毒性、出色的生物相容性和易于表面修饰等特点而受到研究人员的广泛关注。与传统的半导体量子点和荧光染料相比,碳量子点因其具有更出色的生物相容性和更低的生物毒性而被越来越多的研究者用于生物成像和药物递送等领域,但在已有的研究中,关于既能够荧光成像又具有抗肿瘤活性的碳量子点的研究却鲜有报道。本论文以碳量子点良好的水溶性和出色的光致发光性能为出发点,将具有抗肿瘤活性但水溶性较低的没食子酸作为具有抗肿瘤功能的碳源,采用简易的微波辅助法得到抗肿瘤功能化的没食子酸碳量子点,制得的碳量子点不仅能够用于细胞的生物成像,还具有良好的肿瘤抑制效果。同时,为了增强碳量子点的诊疗效果,还向体系中引入肿瘤识别和靶向功能。具体研究如下:(1)采用简单的一步微波辅助合成法,将没食子酸作为具有抗肿瘤活性的功能性碳源,合成了同时具有细胞成像功能和抗肿瘤活性的碳量子点GACDs,并通过透射电镜、傅里叶变换红外光谱仪和X射线光电子能谱仪对其理化性质进行表征。利用荧光分光光度计对其激发光谱和发射光谱进行扫描,同时还测定GACDs在不同条件下发射波长所对应的荧光强度,研究GACDs的荧光稳定性,并证明其细胞荧光成像功能。此外,我们还通过体外和体内肿瘤抑制试验证明了 GACDs的抗肿瘤活性。通过实验结果可知:碳量子点GACDs的粒径为2-4 nm,具有较高的荧光量子化效率,体外细胞成像效果清晰。同时根据体外和体内抗肿瘤实验可知GACDs很好的继承了没食子酸的抗肿瘤效果,实现碳量子点抗肿瘤功能化的设计。(2)为了使碳量子点具有肿瘤识别和靶向功能,将具有肿瘤靶向性的叶酸引入到反应物体系中,经过一步微波反应制备出具有肿瘤靶向性的碳量子点GFCDs。根据透射电镜结果可知GFCDs的直径约为3 nm左右,具有明显的晶格结构。在GFCDs的红外图谱和XPS能谱中明显观察到酯键的特征峰,说明反应物是通过酯键聚合的。通过荧光光谱分析,继续对反应体系的原料配比进行优化,得到溶解度高,荧光性强,负载靶向叶酸的GFCDs,并利用荧光分光光度计测得GFCDs的最大激发波长为360 nm,最大发射波长为450 nm。此外还分别研究了紫外光辐射时间、溶液pH值和溶液离子强度对GFCDs荧光性的影响。在体外MTT测试和体内抗肿瘤实验中证明了 GFCDs的肿瘤抑制效果,由于在反应体系中加入靶向物质叶酸,使得等质量浓度的碳量子点与纯药相比具有更好的抗肿瘤效果。(3)此外,还利用HeLa细胞膜对微波反应制得的没食子酸碳量子点GGCDs进行伪装,制备具有同源靶向功能的仿生碳量子点粒子(CM-GGCDs)。利用荧光分光光度计对样品的荧光光谱进行扫描,通过发射光谱对反应体系的原料配比进行优化,得到溶解度更高,荧光性更强的GGCDs,并进一步研究紫外光辐射时间、溶液pH值和溶液离子强度对GGCDs荧光性的影响。利用红外光谱仪和X射线光电子能谱议对GGCDs的元素组成及官能团结构进行分析,并通过透射电子显微镜对GGCDs和CM-GGCDs的形貌、结构进行观察。根据实验结果可知单纯碳量子点的粒径约为5 nm左右,经细胞膜伪装后,单个粒子的直径在100-150 nm。此外,由于CM-GGCDs的同源粘附作用,使其对HeLa细胞的成像效果更好。最后,体内和体外抗肿瘤实验证实具有同源靶向作用的CM-GGCDs的抗肿瘤效果明显优于纯没食子酸和GGCDs。