一种具有内质网靶向能力的多功能超亮碳点及其制备方法和应用

本发明属于纳米材料和纳米，具体涉及一种具有内质网靶向能力的多功能超亮碳点及其制备方法和应用。

背景技术：

1、内质网(er)是真核细胞中最大的细胞器，属于内膜系统，负责控制许多重要的细胞活动，如膜相关蛋白和分泌蛋白的合成、加工和运输，脂质的合成和运输以及钙稳态的维持和调节。er在受到刺激时(例如饥饿、氧化应激、乏氧和药物刺激)会引起折叠/错误折叠蛋白的产生和积累，并导致内质网应激，激活未折叠蛋白反应。未折叠蛋白反应是一种用于提高细胞蛋白质折叠功能的自适应信号通路，与许多疾病相关，包括癌症、阿尔茨海默病、肝病、帕金森病和2型糖尿病等。因此，精准的内质网成像对于内质网应激监测和内质网相关生理过程的研究至关重要。但是，常用的商品化er-tracker探针(如er-tracker green/red)含有格列本脲配体，其药理学毒性可能对er的正常功能和活性造成一定的影响，并干扰其他正常的细胞行为。此外，其他常见的er靶向荧光探针(例如3,3’-二己基氧杂碳菁碘化物)和含金属的er靶向探针表现出潜在的细胞毒性/光毒性，不适合长期er成像。因此，急需开发一种制备简单，无需额外引入靶向配体，生物相容性高，量子产率高，荧光稳定和er选择性高的荧光探针。

2、碳点作为一种零维光致发光纳米材料，已被广泛应用于生物成像领域。但是，目前报道的碳点通常面临着一些缺点，如量子产率(qy)较低，荧光稳定性较弱和制备/纯化过程较为复杂等。此外，大部分碳点具有激发波长依赖的发射，可能会导致碳点的荧光光谱与其他荧光探针的荧光光谱产生重叠的区域，造成串色现象。目前已有一些文献报道了具有er靶向性的碳点,但是它们常常具有以下缺点：需要引入er靶向配体，qy较低，纯化过程较为复杂和er选择性较低等，这些都极大地限制了碳点在生物成像领域的应用。

3、例如，wu等人利用4-巯基苯硼酸和乙二胺为原料通过水热处理制备出一种具有er靶向性的蓝光碳点，但是该碳点的qy仅有3.9％，大大降低了荧光成像的质量(anal.chem.2022,94,2882)。此外，shuang e等人利用邻苯二胺和赖氨酸通过水热法和柱层析纯化制备得到了一种具有er靶向性的绿光碳点，其qy为59.7％，但是该碳点需要复杂且耗时的柱层析纯化，另外该碳点的er靶向性较差(皮尔逊相关系数仅为0.87)(acs nano2021,15,14465)。因此，开发qy高，制备简单，无需引入er靶向配体，选择性高以及荧光稳定的er靶向碳点具有重要的意义。

技术实现思路

1、发明目的：针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种具有内质网靶向能力的多功能超亮碳点，本发明制备的碳点量子产率(qy)高，内质网靶向能力优异，制备简单，实用性强。

2、本发明还提供所述具有内质网靶向能力的多功能超亮碳点的制备方法和应用。

3、技术方案：为实现上述发明目的，本发明所述一种具有内质网靶向能力的多功能超亮碳点，所述碳点包括摩尔比为1：0.5～1：2的孟加拉红(rb)和半胱氨酸(cys)。

4、作为优选，所述孟加拉红(rb)和半胱氨酸(cys)的摩尔比为1:1。

5、本发明所述碳点由孟加拉红和半胱氨酸按摩尔比经过室温磁力搅拌和水热反应并经过纯化制备得到。

6、其中，所述磁力搅拌时间为60～240min，转速为200～600rpm。

7、其中，所述水热反应温度为160～220℃，水热反应时间为8～16h。

8、其中，所述纯化为用100～1000da分子量的透析袋透析1～2天，离心清洗2～3次，转速为8000～15000rpm，离心时间为10～30min。

9、其中，所述纯化后真空干燥，温度为40～70℃，真空干燥时间为12～24h。

10、本发明所述的具有内质网靶向能力的多功能超亮碳点在动物细胞内质网成像中的应用。

11、本发明所述的具有内质网靶向能力的多功能超亮碳点在细菌革兰氏阴阳性区分和真菌成像中的应用。

12、本发明所述的制备方法采用rb和cys为原料，通过磁力搅拌和水热反应并经过纯化制备得到一种超亮的具有er靶向性能的绿光碳点，该碳点具有高qy、发射波长不依赖的发射、良好的生物相容性以及内质网靶向性，因此可实现高质量的内质网特异性靶向荧光成像。此外，该碳点还可以实现细菌革兰氏阴阳性区分和高质量的真菌成像，本发明方法原理如图1所示。

13、本发明以特定比例的孟加拉红和半胱氨酸为原料，半胱氨酸的巯基经过搅拌氧化，以及水热过程中与半胱氨酸的氨基反应，会形成对内质网有靶向性的磺酰胺结构，同时孟加拉红前驱体能够有效提升制备后碳点的量子产率，得到的碳点量子产率高，且对内质网的靶向性能优异，均优于目前报道的内质网靶向碳点。

14、本发明采用自下而上方法制备得到的碳点，整个制备过程十分简单，无需使用硝酸等强氧化剂以及柱层析等复杂耗时的纯化操作，并且制备得到的碳点靶向效果好，其发射中心稳定具有很好的荧光稳定性。同时，本发明在水热反应前的搅拌处理十分重要，能够有效提升制备得到碳点的内质网靶向能力。

15、本发明首次利用孟加拉红和半胱氨酸制备碳点，具有非常好的内质网靶向性，而现有技术中以孟加拉红或半胱氨酸为原料之一的碳点，不存在内质网靶向基团/结构或者不能被细胞内吞，均未有内质网靶向能力，进一步说明本发明利用孟加拉红和半胱氨酸组合的特殊性。有益效果：与现有技术相比，本发明具有如下优点：

16、(1)合成工艺简单：仅需搅拌、水热处理、透析、离心和干燥等步骤，不需要复杂的柱层析纯化等步骤，适合大规模生产；

17、(2)优异的内质网靶向性能：该碳点无需在表面引入内质网靶向配体，其本身就具有优异的内质网靶向能力；

18、(3)优异的光学性能：该碳点具有80％的量子产率、激发不依赖的荧光发射、窄的半峰宽和良好的荧光稳定性；

19、(4)较小的尺寸：该碳点具有较小的粒径，使得碳点能够快速被细胞内吞，且其小粒径有助于实现高分辨率的内质网荧光成像；

20、(5)生物相容性高：该碳点具有优异的生物安全性，不会影响细胞活性。

技术特征：

1.一种具有内质网靶向能力的多功能超亮碳点，其特征在于，所述碳点包括摩尔比为1：0.5～1：2的孟加拉红和半胱氨酸。

2.一种权利要求1所述的具有内质网靶向能力的多功能超亮碳点的制备方法，其特征在于，该碳点由孟加拉红和半胱氨酸按摩尔比经过室温磁力搅拌和水热反应并经过纯化制备得到。

3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述磁力搅拌时间优选为60～240min，转速为200～600rpm。

4.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述水热反应温度为160～220℃，水热反应时间为8～16h。

5.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述纯化为用100～1000da分子量的透析袋透析1～2天，离心清洗2～3次，转速为8000～15000rpm，离心时间为10～30min。

6.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述纯化后真空干燥，温度为40～70℃，真空干燥时间为12～24h。

7.一种权利要求1所述的具有内质网靶向能力的多功能超亮碳点在动物细胞内质网成像中的应用。

8.一种权利要求1所述的具有内质网靶向能力的多功能超亮碳点在细菌革兰氏阴阳性区分和真菌成像中的应用。

技术总结
本发明公开了一种具有内质网靶向能力的多功能超亮碳点及其制备方法和应用，所述碳点包括摩尔比为1：0.5～1：2的孟加拉红和半胱氨酸。本发明的碳点是由孟加拉红和半胱氨酸经过磁力搅拌和一步水热法制备得到，该碳点能够实现活细胞的内质网特异性成像，并且制备简单，具有量子产率高、生物安全性高、激发波长不依赖的荧光发射和荧光发射峰宽窄等优点。此外，该碳点还可用于细菌革兰氏阴阳性区分和真菌成像。

技术研发人员：吴富根,王梓豪,许可飞
受保护的技术使用者：东南大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/12