[发明专利]黑磷纳米颗粒作为生物安全的双光子造影剂的应用

说明书

技术领域

本发明属于生物学和光学领域，涉及近红外双光子造影剂和新型二维材料及其应用，具体涉及可用于生物成像的双光子造影剂；所述的近红外双光子造影剂生物毒性小，易降解，单光子及双光子荧光发光效率高。

背景技术

由于飞秒脉冲激光器的诞生，比共聚焦显微技术更加有优势的显微技术例如双光子显微术应运而生。双光子技术所使用的激发光在近红外波段，近红外波段的光波长，携带的能量少，因此对生物组织伤害极小；而且近红外光(波长范围在780-3000nm)的穿透力强，因此特定波段的近红外光被称为生物组织的光学窗口，在光学窗口范围内的电磁波由于生物组织各组分在次波段的吸收小，所以次波段在生物组织内能实现穿透深度达到最大。虽然生物组织的近红外光学窗口的范围会因为不同的组织而略有不同，但基本上范围都是在600-1400nm之间。

相比于单光子显微镜，双光子显微镜焦平面外的荧光分子不会被激发，光漂白小；由于近红外光波长长，双光子显微镜光毒性小；双光子激发光源和细胞自发荧光诱导光源波段不重合，可以有效显著避免细胞自发荧光。因而双光子成像技术成为了一个热门方向。

磷是人体中必不可少的微量元素之一，所有的细胞里都有磷元素的存在，磷参与了人体内几乎所有的生化反应，在维持人体骨骼和牙齿的健康中也扮演着重要的角色。正是这样一种在人体内如此活跃的元素，保证了黑磷的高度生物兼容性和无毒特性。现有的常用的双光子染料，比如罗丹明，具有一定的细胞毒性。而黑磷则是一种高度安全的材料，黑磷降解的产物磷酸盐也是普遍的存在于人体内的物质，可以简单有效的代谢排出人体。因而黑磷是一种理想的生物安全双光子造影剂。

发明内容

针对现有技术的进一步发展，本发明要解决的问题是提供一种生物安全造影剂黑磷纳米颗粒在双光子生物成像上的应用。

黑磷纳米颗粒作为生物安全的双光子造影剂的应用。

作为生物安全的双光子造影剂的黑磷纳米颗粒的粒径范围为10-100nm，优选30-50nm。

优选本发明所述具有生物安全性的用于双光子生物成像的造影剂由黑磷晶体制备为纳米材料，可作为用于细胞或生物活体内的双光子生物成像的造影剂。

黑磷则有四种不同的分子结构：不定型结构；简单立方结构；菱形晶系和正交晶系。本发明

作为生物安全的双光子造影剂的黑磷纳米颗粒优选采用液相剥离法，液相剥离法得到的纳米颗粒悬浮在溶剂中。优选溶剂为超纯水。

本发明所述具有生物安全性的用于双光子生物成像的造影剂可以实现活细胞内的双光子成像。

本发明所述具有生物安全性的用于双光子生物成像的造影剂可以实现动物活体内的血管造影。

双光子造影剂黑磷纳米颗粒的激发光为近红外波段。该造影剂可以标记细胞内除细胞核外的所有位点。该造影剂可以标记血管，反应血管形态和标记血管位置。该造影剂可以用于活体动物标记和成像。该造影剂可以用于动物组织切片标记和成像。

实验证明，本发明所述具有生物安全性的用于双光子生物成像的造影剂黑磷很容易通过细胞膜，为实现快速，安全，直观的荧光检测提供了技术支持。

实验证明，本发明所述具有生物安全性的用于双光子生物成像的造影剂黑磷在通过静脉注射之后的5分钟之内就循环开来，可以在血管内检测到信号实现活体动物血管的双光子成像。

本发明的有益效果是：通过实验筛选，本发明确立了一种具有生物安全性的用于双光子生物成像的造影剂，即黑磷。本发明所述黑磷纳米颗粒具有易制备，激发能力低，生物兼容性好的特点。进一步的实验证明，本发明的黑磷纳米颗粒具有无毒性，和良好的细胞膜通透性等特点。并且本发明所述的黑磷纳米颗粒还具有光热特性，光动力特性和光声特性，在实现多重功能的关于癌症等相关疾病的联合治疗方面有巨大的应用潜力。

附图说明

图1一种黑磷纳米颗粒的分子结构模型。

图2：在1125nm波长的双光子激发下人脐静脉内皮细胞双光子细胞成像照片。a，b，c为和黑磷纳米颗粒一起培育24小时以后的人脐静脉内皮细胞(实验组)图a为明场下的照片，图b为460-500nm滤波片过滤后收集到的双光子信号，图c为520-560nm滤波片过滤后收集到的双光子信号。d，e，f为未与黑磷纳米颗粒一起培育24小时以后的人脐静脉内皮细胞(对照组)，图d为明场下的照片，图e为460-500nm滤波片过滤后收集到的双光子信号，图f为520-560nm滤波片过滤后收集到的双光子信号。