一步水热法合成碳量子点实现癌细胞的荧光成像研究刘敬杨紫怡闫伟华刘鸿飞杨学成摘要：针对传统荧光染料存在合成成本高、工艺复杂、毒副作用强等问题，本文基于一步水热法，以间苯二酚和磷酸为原料，经真空干燥箱中加热，合成了具有成本低廉、生物相容性良好的纳米级荧光染料碳量子点（carbonquantumdots，CQDs）。同时，对CQD的形貌、粒径及光学特性进行表征，并对CQD的元素、官能团及其在不同pH环境下的荧光强度进行分析，将CQDs应用于癌细胞的荧光成像。研究结果表明，制备得到的CQDs具有尺寸均一，分散性良好等特点;该量子点的荧光强度可随pH值的变化而改变，且在一定的pH值区间内，CQDs的荧光强度与pH值存在线性关系，证明该量子点可应用于对癌细胞的检测及荧光成像。该研究对临床医学中的癌细胞识别及成像领域具有重要意义。关键词：碳量子点;癌细胞;荧光成像：R318.51;R318.08文献标识码：A近年来，荧光成像技术发展日新月异，其在辅助治疗癌细胞领域起到关键作用[1]。传统的荧光染料大多含有苯环化合物，由于这些荧光染料合成成本高、工艺复杂、毒副作用强等因素，限制了其进一步应用，因此开发新型的荧光染料势在必行。作为一种新型的碳纳米材料，碳量子点因其水溶性好、光稳定强等性能，受到人们的关注[13]。碳量子点（carbonquantumdots，CQDs）是一类由分散的类球状碳颗粒组成的尺寸极小的纳米颗粒，粒径一般小于10nm。2006年，SunYP等人[4]报道了具有独特荧光性质的CQDs，世界各地的研究人员开始对CQDs进行更深入的研究。因其具有水溶性好、光学稳定性强等众多优点，被广泛用于医学成像及荧光检测等领域[57]。WangTY等人[8]以半胱氨酸和半乳糖为原料，利用不同浓度的碱溶液，合成具有蓝、绿和黄三种颜色碳量子点，实验证明其具有较好的生物相容性和稳定的光学性能;LiuS等人[9]以青草为碳原料，通过水热合成法制备了具有良好水溶性的氮掺杂碳量子点，成功用于Cu2+的检测;激angK等人[10]以邻苯二胺、间苯二胺和对苯二胺为原料，通过水热合成法，制备出具有红、绿、蓝三色的碳量子点，并将其应用于细胞成像。尽管研究人员通过多种方式合成了CQDs，但由于合成工艺复杂、步骤繁琐、产值较低等问题，限制了碳量子点在荧光成像中的进一步应用。因此，如何找到一种既绿色环保，又简便快捷的CQDs合成方法，是整个实验中需要迈出的第一步。基于此，本实验通过简单的一步水热法，以间苯二酚和磷酸为原料，成功制备具有独特荧光性质的CQDs。利用各种表征手段，分别对CQDs的形貌、元素及官能团进行表征，结果显示所制备的CQDs尺寸均一、分散性良好。同时，通过荧光分光光度计对CQDs的光学性质进行表征，拟合出CQDs的荧光强度与pH值的线性回归曲线，并以CQDs为荧光染料，成功将其应用于对癌细胞的检测及荧光成像。该研究在临床医学成像领域意义重大。1实验部分1.1实验试剂与仪器间苯二酚（国药集团化学试剂有限公司），磷酸（国药集团化学试剂有限公司），磷酸盐缓冲液（上海源叶生物科技有限公司），FBZ1002UP型标准试剂纯水机（青岛富勒姆集团），Lambda950型紫外可見分光光度计（上海普利赛斯集团），XB220A型电子天平（上海普利赛斯集团），FS5型荧光分光光度计（英国爱丁堡仪器公司）。1.2CQDs的合成将0.11g间苯二酚和10mL蒸馏水充分混合后，加入0.1mL磷酸并放入反应釜中，随后置于真空干燥箱加热12h，得到橙黄色的液体，即CQDs。1.3CQDs的荧光特性制备的CQDs在紫外线光下呈蓝绿色，取0.4mL样品加入2mL蒸馏水稀释，获得实验溶液A，在A样品中逐步加入酸（磷酸）溶液，紫外线照射下的样品颜色逐渐变绿，反之在A样品中逐步加入碱（稀氢氧化钠）溶液，紫外线照射下的样品颜色逐渐变蓝。多次制备结果相同，说明该量子点样品具有稳定的荧光特性，并且在不同酸碱度的影响下表现不同。1.4CQDs的荧光成像将MCF7细胞和Hela细胞分别接种在培养皿中，经37℃下培养12h。随后将培养后的两种细胞洗涤3次，并悬浮于CQDs溶液（60μg/mL）中，经温育4h并用磷酸缓冲盐溶液（phosphatebuffersaline，PBS）洗涤后，用共聚焦显微镜观察细胞488nm波长激发下的荧光成像。2结果与讨论2.1CQDs的形貌表征CQD...