一步溶剂转化法制备可用于脑胶质瘤靶向成像的水溶性聚合物包裹的氮掺杂荧光碳纳米点

Small荧光材料的发展对于疾病诊断特别是肿瘤的成像和诊断至关重要。目前多种荧光材料如有机染料、荧光蛋白和荧光半导体纳米晶等,已被广泛研究并应用于荧光肿瘤成像领域。然而,有机染料和荧光蛋白摩尔吸光系数较小,易光漂白,荧光发射相对不稳定,半导体纳米晶毒性又较大,这些不足严重限制了它们在生物医药领域的应用。碳纳米点,特别是氮掺杂的碳纳米点,因其具有良好的生物相容性、稳定且可调的荧光发射,掺杂氮原子后又可实现其电性质、表面和局部化学特征等的调控,成为现阶段研究热点。

氮掺杂荧光碳纳米点的合成方法较多,如:生物质水热处理法、含氮化合物液相聚合法、电化学氧化法以及微波合成法等。然而,这些传统方法通常合成步骤多、合成条件苛刻或需要特殊试剂,因此过于复杂、耗时且不经济。不仅如此,为了实现碳纳米点更广泛的生物应用,需进一步改善碳纳米点的性质,如提高荧光效率,增加水分散性和生物相容性,从而需要对碳纳米点表面修饰高分子聚合物等,这就会使合成过程更加复杂,难以稳定材料的结构和性能。更为重要的是氮掺杂荧光碳纳米点在体内外脑胶质瘤靶向荧光成像的情况如何,需要进一步研究。

复旦大学药学院黄容琴副教授及其研究团队在该领域取得了重要进展。他们使用一种非常普通易得的极性溶剂,1-甲基-2-吡络烷酮(1-methyl-2-pyrrolidinone,简称NMP),快速制备出荧光性聚合物包裹的氮掺杂碳纳米点。该方法非常简单,NMP既作为碳源又作为氮源,只包含一步直接溶剂热反应,且不使用任何添加剂如酸、碱或盐。他们所合成的聚合物包裹的氮掺杂荧光碳纳米点可发射稳定的蓝色荧光,水分散性好,毒性低,生物相容性好,可用于体内外脑胶质瘤的荧光成像。更为有趣的是他们发现该碳纳米点在脑胶质瘤上具有靶向蓄积效应,推测可能原因是:(1)颗粒尺寸较小,且有聚合物包裹,水溶性较好,在体内的循环时间长,从而导致增强的EPR效应;(2)含氮的聚合物及氮参杂可能使得该纳米点在体内酶的作用下产生NO,从而增强血脑屏障的通透性。相关结果发表在Small上。(Small. 2015, doi: 10.1002/smll.201403718)