金纳米簇的合成及其在细胞内硫醇成像中的应用研究

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由于界面效应、量子效应、高比表面积和小尺寸效应,金纳米粒子表现出了不同于传统块料的独特性能,尤其是良好的光学性能和电学性能,因而近年来引起了巨大关注,成为纳米材料领域的研究热点之一。当金纳米颗粒尺寸逐渐减小到与费米(Feimi)波长相当时,其电子结构与半导体类似,能级不连续。这些超小的金纳米颗粒具有荧光特性,又被称为金纳米簇。相比于传统的荧光探针,金纳米簇具有更多的优点。它具有更高的量子产率,更长的荧光寿命,抗光漂白能力强,发射光谱波长具有尺寸依赖可调性,斯托克斯位移大以及生物毒性低。因此,金纳米簇作为一种新型荧光纳米材料在生物标记、荧光成像领域有望得到广泛应用。本论文通过化学还原法,以氯金酸为反应前驱体,GSH为还原剂,在不同条件下探索了荧光金纳米簇的制备方法,并进一步考察了硫醇对金纳米簇的荧光强度的影响。采用透射电子显微镜(TEM)、质谱(MS)、X射线光电子能谱(XPS)、荧光光谱、红外、UV-vis等分析手段对所制备材料的形貌、结构以及性质进行表征,并初步探索了材料的形成机理。最后,考察了荧光金纳米簇在肿瘤细胞成像上的应用。主要研究内容如下:1.研究了荧光金纳米簇合成过程中反应前驱体摩尔比、反应时间和加热温度等因素对合成的影响。结果表明,反应前驱体摩尔比为AuC14:GSH=5mM:5mM的情况下,80℃静止加热两小时即可制备稳定性好的低荧光金纳米簇(AuGSH(low))。该制备方法简单快速,成本低廉。所制备的荧光金纳米簇激发波长为450nm,发射波长为570 nm。2.考察了优化条件下制备的金纳米簇的性能,包括其荧光性能,生物毒性,与巯基化合物的反应等,并对宫颈癌细胞HeLa和胶质细胞瘤U87进行成像实验。实验结果表明,所制备的低荧光金纳米簇AuGSH(low)在加入小分子巯基化合物之后,荧光大幅度增强,产生高荧光金纳米簇AuGSH(high),证明所制备的低荧光金纳米簇AuGSH(low)够与硫醇进行特异性反应。MTT实验证明,该低荧光金纳米簇的细胞毒性极低。通过共聚焦成像可以看出,低荧光金纳米簇AuGSH(low)可以与肿瘤细胞内的硫醇,尤其是GSH进行特异性结合,荧光大幅度增强,从而达到对胞内硫醇成像的目的。3.在低荧光金纳米簇AuGSH(low)上进一步用叶酸(FA)修饰活化,制备得AuGSH-FA。细胞毒性研究证实所得的AuGSH-FA无细胞毒性,利用共聚焦成像可以观察到,经过修饰后的AuGSH-FA能够更快的进入叶酸受体过表达的HeLa细胞内,使得细胞成像时间从修饰前的4h缩短至1h,证明叶酸修饰活化后大大的缩短了低荧光金纳米簇AuGSH(low)成像所需要的时间。
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