[发明专利]基于手性单壁碳纳米管的粘度探针及其应用

说明书

本发明公开了一种基于手性单壁碳纳米管的粘度探针，在手性单壁碳纳米管表面键合有4‑N，N‑二甲基苯胺基团，依托手性单壁碳纳米管在近红外区域的优异荧光性能，第一次提供了一种基于近红外荧光发射的手性单壁碳纳米管探针，用来检测流体的粘度，特别地，应用于微观生物体内粘度的检测，干扰小，解决了大多数有机小分子并不能在近红外区域发光，弥补近红外区域荧光探针的不足问题。

技术领域：

本发明涉及一种基于手性单壁碳纳米管的粘度探针及其应用。

背景技术：

粘度是衡量一种浓稠流体的流动性和扩散性的主要因素，同时是流体扩散速率的主要参考指标，粘度探针主要针对宏观大体积的粘稠流体和微环境粘度检测。对微观环境，比如组织、细胞水平的粘度测定，现有方法往往不能达到测试的目的的。而准确测定细胞水平内微环境的粘度又具有非常重要的意义。目前在国际上对粘度探针的研究取得了一些优秀的成果，但仍处于发展的初期。现有的商业化的探针的合成工作量较大，而在医疗诊断及生物荧光成像领域仍然迫切的需求可同时满足光谱性能优良，具有细胞通透性、合成简单，易于产业化的粘度探针。

由于激发态的非辐射衰变可以通过粘度改变，因此荧光分子转子因其在生物环境和材料化学中的广泛应用而受到广泛关注。通常，这种分子的工作机制是基于转子在非粘性或低粘度溶液中自由旋转，通过非辐射过程提供电子激发染料的弛豫。当旋转受到粘性环境的限制时，可以看出分子转子的荧光强度增加。在过去十年中，这种荧光分子转子作为一种有价值的工具，在动脉硬化，阿尔茨海默病等种疾病的研究中发挥了重要作用，这些疾病与扩散行为的异常变化密切相关。其中，基于比率测定的或基于寿命的探针已经在疾病的快速检测中显示出应用的希望。由于近红外区，能有效避开生物体系自发荧光，提高探针的灵敏性，显著提高荧光检测效率，被更多地应用于生物体成像技术。并且，近红外(NIR)区域，特别是第二近红外(NIR-II，1,000至1,700nm)可以深入渗透到组织中并有效地避免生物自发荧光的影响，仍然是生物粘度检测方案的研究方向之一。

手性单壁碳纳米管(SWCNT)是一维(1D)圆柱形纳米材料，在单个维度上产生电子和激子的量子限制。特别是手性单壁碳纳米管表现出超过1μm的特征非常稳定的近红外光致发光，不受流体性质的影响，荧光区域在生物检测窗口中(0.7-1.4μm)。此外，激发和发射带之间的大斯托克斯位移和800nm附近的激发进一步降低了生物环境中自发荧光和散射的背景效应。因此，手性单壁碳纳米管提供了独特的性质，使其非常有效的成为生物分子传感和成像手段。有些报道显示，手性单壁碳纳米管同时可以作为治疗疾病的材料。然而，手性单壁碳纳米管的光子转换效率(光致发光量子产率，Φ)非常低。这是因为无数非辐射“暗”状态的结果促进了纳米管中激发态的有效非辐射弛豫。芳基官能团系统地附着在碳纳米管上可以进一步驱动sp3缺陷能量梯下，并增强纳米管光致发光。共价官能化碳纳米管具有广泛的应用，特别是通过控制sp3缺陷的结合来控制光电特征。到目前为止，还没有关于这种“缺陷诱导”激活纳米管优异荧光性能的探针被报道。

发明内容：

本发明的目的是提供一种基于手性单壁碳纳米管的粘度探针，依托手性单壁碳纳米管在近红外区域的优异荧光性能，第一次提供了一种基于近红外荧光发射的手性单壁碳纳米管探针，解决了大多数有机小分子并不能在近红外区域发光，弥补近红外区域荧光探针的不足问题。

本发明是通过以下技术方案予以实现的：

一种基于手性单壁碳纳米管的粘度探针，在手性单壁碳纳米管表面键合有4-N，N-二甲基苯胺基团，具有如下结构：

R1为4-N,N二甲基苯胺；R2为手性单壁纳米管，手性指数分别为(6,5)，(7,5)，(8,4)。

所述基于手性单壁碳纳米管的粘度探针的合成方法，该方法包括以下步骤：

1)手性单壁纳米管通过超声处理分散在阴离子表面活性剂水溶液中，然后超速离心纯化，然后分散在阴离子表面活性剂水溶液配置浓度为0.1-1mg/L的手性单壁纳米管溶液；