[发明专利]疏水性纳米生物探针

说明书

本发明提供了一种新型纳米生物探针及其在细胞内靶向递送生物活性分子的应用，具体地，本发明首次开发了一种混合溶剂‑裸露的疏水性QD‑生物分子(cS‑bQD‑BM，或’SDot’)。SDots以细胞核为模型靶标显示出非凡的细胞内靶向性能，包括近乎完美的特异性、优异的效率和重现性、高通量能力、最小化的毒性、易操作性，以及卓越的光学性质和胶体稳定性。

技术领域

本发明涉及生物材料和生物医药领域，具体地，涉及一种纳米生物探针及其在细胞内，特别是活细胞内靶向递送生物活性分子的应用。

背景技术

荧光探针作为可视化的信号源，在活细胞成像中扮演着关键角色。与其他两类主要的荧光探针，即小分子荧光染料和遗传编码的荧光蛋白相比，量子点(QD，半导体材料的纳米级晶体)具有几种明显优越或独特的性质，尤其是光学性质，包括非凡的荧光强度和光稳定性、尺寸和组成可调的具有窄峰宽的荧光发射峰可通过单个光源激发多重成像，并且能够用作相关光学和电子显微镜的成像探针。然而，与荧光染料和荧光蛋白不同，QD目前在特定亚细胞结构或亚细胞分子的活细胞成像中的应用通常仅限于细胞膜上实体的成像(例如细胞表面受体)。所以到目前为止，将QD靶向活细胞内部的特定实体仅取得了有限的成功。将QD以高度特异性(理想接近100％)、高效、稳健、可扩展、安全和方便的方式实现细胞内靶向递送是被长期追求，但目前仍然难以实现的目标。

实现这一长期追求的目标需要以有效且微创的方式克服以下所有细胞转运障碍：(1)细胞膜，(2)细胞内囊泡捕获(如果细胞摄取机制是内吞作用)，(3)拥挤的细胞质，(4)非特异性结合，(5)细胞器膜(如果目标位于细胞器内)，和(6)细胞器内的障碍(如果目标是细胞器内的特定位置，图1)。克服所有这些细胞转运障碍对于各种生物学上重要的材料(例如小分子药物，大分子和纳米颗粒)，尤其是QDs的靶向递送是具有挑战性的。典型的水溶性QD是由用于产生荧光的裸露疏水QD和用于水溶解和维持荧光的聚合物涂层组成，直径大于15nm。这个尺寸比大多数细胞内蛋白质(直径几纳米)大得多，并且被认为在拥挤的具有约80nm孔径的凝胶状结构的细胞质中引起很大的运动障碍。此外，即使没有增加聚合物涂层的直径，裸露的疏水性QD的大小接近于蛋白质的大小，并且细胞内囊泡捕获仍然是一个难以克服的障碍：据估计，通常1％的内吞蛋白质(和其他类型的大分子)可以逃避细胞内囊泡捕获并到达细胞质。此外，通过物理破坏细胞膜的方法(例如显微注射和电穿孔)绕过内吞作用通常需要额外的仪器，使用仪器需要长时间的技术练习和费力的操作，导致显著的细胞死亡，并产生不可重复的结果。

因此，本领域迫切需要开发一种能够在细胞内进行高特异性定位、毒性小、易操作的纳米生物探针。

发明内容

本发明的目的就是提供一种能够在细胞内进行高特异性定位、毒性小、易操作的纳米生物探针。

在本发明的第一方面，提供了一种纳米生物探针，所述纳米生物探针的从内向外的结构如式I所示，

A-S-L-B_n (式I)

式中，

A-S为纳米粒子，其中，S为纳米粒子的疏水性表面；

B为生物分子；

L为可选的将B偶联至量子点表面的连接部分；

n为偶联至量子点表面的生物分子的个数，为大于等于1的正整数。

在另一优选例中，所述纳米生物探针经过混合溶剂处理。

在另一优选例中，所述经过混合溶剂处理的纳米探针在水性环境中的溶解度为≥1nM，较佳地为≥5nM，更佳地为≥50nM。

在另一优选例中，所述混合溶剂包括至少一种有机溶剂和至少一种非有机溶剂。