CN113237855B - 基于量子点的生物传感器的癌细胞摄取监测方法 - Google Patents

基于量子点的生物传感器的癌细胞摄取监测方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于量子点的生物传感器制备及癌细胞摄取监测方法。具体包括以下步骤：a)将量子点进行特异性靶向修饰；b)将上述处理后的量子点以化学成键的方式掺杂在水凝胶前驱体溶液中；c)利用模具制作基于量子点的水凝胶生物传感器。特异性靶向修饰量子点的荧光强度在癌细胞摄取的不同阶段(吸附、“内吞”)变化速率不同且每个阶段均线性度良好，因此可以实时监测并区分癌细胞摄取过程的不同阶段；同时制作的水凝胶生物传感器机械性能良好，能够适应拉伸、弯曲、挤压等复杂环境下的监测；此外，该方法还可以通过对量子点进行不同靶向修饰，实现对不同细胞及其他生化指标的分析与检测。

Description

基于量子点的生物传感器的癌细胞摄取监测方法
技术领域
本发明涉及生物传感技术领域，具体涉及一种基于量子点的生物传感器制备及癌细胞摄取监测方法。
背景技术
进展迅速、易复发、临床治愈率低的恶性肿瘤对患者有很大危害。积极有效的癌症诊断已成为癌症治疗领域的研究热点。外科手术是癌症治疗的传统方法。不幸的是，手术的预后并不理想。因为大多数情况，癌细胞不能完全找到并通过手术切除，因此往往会导致复发和转移。
抗肿瘤药物的发展使化疗成为癌症治疗的有效方法，其中分子靶向药物是抗肿瘤药物发展的主要方向。其中，探索细胞对药物吸收的动力学特性是促进新药开发的关键。因此，发展能够对癌细胞特异性识别和监测实时摄取过程的新技术对癌症治疗具有重要意义。
目前对于癌细胞的观测方法主要有以下几种：第一种为细胞成像技术；第二种为传统的光纤生物传感器。其中，细胞成像技术，不仅仪器价格昂贵、操作复杂，且无法实时监测；传统的光纤生物传感器，传感探头十分脆弱，生物相容性差，无法满足实际应用的需求。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明公开一种基于量子点的生物传感器制备及癌细胞摄取监测方法，能够解决现有技术的不足。
为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：
基于量子点的生物传感器制备及癌细胞摄取监测方法，包括以下步骤
a）称取指定质量的叶酸、丙烯酸、1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺（EDC）、N-羟基琥珀酰亚胺（NHS）倒入PH约等于6的磷酸缓冲盐溶液（PBS）中，在避光的条件下，搅拌指定时间；
b）将量子点倒入所述步骤a生成的溶液中，继续避光搅拌指定时间；
c）在去离子水中，避光条件下透析所述步骤b生成的溶液指定时间；
d）称取指定质量的丙烯酰胺、聚丙烯酸钠、所述c生成的溶液、交联剂和热引发剂，倒入去离子水中搅拌均匀；
e）将所述步骤d中生成的溶液注入管状橡胶模具，并将一根端面切割平整的传统光纤置入橡胶模具一端；
f）将所述步骤e中产生的光纤放入干燥箱，设置适当温度，加热，引发水凝胶单体交联；
g）将所述步骤f中水凝胶通过外力从橡胶模具一端推出，量子点水凝胶生物传感器制作完成。
优选的技术方案，在所述步骤a中，叶酸、丙烯酸、EDC以及NHS的配比为0.1-1mol：0.1-1mol：1-2mol：1-2mol，搅拌时间为6h-12h。
优选的技术方案，在所述步骤b中，所述的量子点材料为BaS、AgInS2、NaCl、Fe2O3、In2O3、InAs、InN、InP、CdS、CdSe、CdTe、ZnS、ZnSe、ZnTe、GaAs、GaN、GaS、GaSe、InGaAs、MgS、MgSe、MgTe、PbS、PbSe、PbTe、Cd(SxSe1-x)、BaTiO3、PbZrO3、CsPbCl3、CsPbBr3、CsPbI3中的至少一种。
优选的技术方案，在所述步骤d中，交联剂为N-N亚甲基双丙烯酰胺、聚乙二醇双丙烯酸酯PEGDA中至少一种，热引发剂为过硫酸铵。
优选的技术方案，在所述步骤e中，所述的橡胶模具为内径为0.1mm-1mm的空芯导管，传统光纤为单模光纤、多模光纤等通信或传感光纤。
优选的技术方案，在所述步骤f中，设置温度为40℃-100℃，加热时间为30min-60min。
本发明公开一种基于量子点的生物传感器制备及癌细胞摄取监测方法，具有以下优点：
本能方法制作方法简单、生物相容性良好。
1、本发明传感器制作简单、生物相容性好、能够实时监测癌细胞摄取过程；
2、本发明制备的基于量子点的水凝胶生物传感器机械性能良好，能够适应拉伸、弯曲、挤压等复杂环境的检测；
3、本发明通过对量子点进行不同靶向修饰，可以实现对其他细胞及生化指标的检测。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。
显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明实施例的基于量子点的水凝胶生物传感器结构示意图；
图2是本发明实施例的基于量子点的水凝胶生物传感***结构示意图；
图3是本发明实施例的基于量子点得水凝胶生物传感器荧光光谱图；
图4是本发明实施例的基于量子点得水凝胶生物传感器拉伸性能测试结果图；
图5是本发明实施例的基于量子点的水凝胶生物传感器测试MCF-7结果图；
图6是本发明实施例的强度线性拟合结果图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。
基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
如图1至图6所示，本发明实施例所述基于量子点的生物传感器制备及癌细胞摄取监测方法，具体包括以下步骤：
a）称取摩尔质量比为1：1：1.5：1.5的叶酸、丙烯酸、EDC、NHS倒入磷酸缓冲盐溶液（PH=6.4）中，在避光的条件下，搅拌12h；
b）取浓度为1μM的量子点(CdSe/ZnS)500μl倒入a）溶液中，继续避光搅拌24h；
c）在去离子水中，避光条件下透析b）溶液36h；
d）称取质量比10：20：0.05：0.004：0.02的丙烯酰胺、丙烯酸、聚丙烯酸钠、N-N亚甲基双丙烯酰胺、过硫酸铵以及c）溶液，倒入去离子水中，搅拌均匀；
e）将d）溶液注入内径为0.15mm的过硫酸铵的空芯管状橡胶模具中，并将一根端面切割平整的传统多模光纤置入橡胶模具一端；
f）将e）放入干燥箱，设置温度80℃，加热30min，引发水凝胶单体交联；
g）将f）中水凝胶通过外力从橡胶模具一端推出，制得量子点水凝胶生物传感器；
h）利用中心波长为475nm的LED作为激发光源，海洋光学光谱仪Pro65E作为信号检测装置；通过波分复用器(WDM-475nm/630nm)将激发光源，光谱仪以及制备的水凝胶光纤传感器连接起来，制备成一种基于量子点的水凝胶生物传感器，且实现对癌细胞摄取过程的实时监测。
基于量子点的水凝胶生物传感器的性能测试：
通过波分复用器WDM将LED激励光（中心波长475nm）导入量子点水凝胶生物传感器，并将对应的另一端与光谱仪相连；从图3中可以看出，激励光通过WDM耦合到量子点水凝胶生物传感器中，在WDM的另一端通过光谱仪探测到高强度的量子点辐射荧光，中心波长为631nm。
量子点水凝胶生物传感器机械性能测试：
通过拉伸量子点水凝胶生物传感器测试其机械性能，从图4中可以看出，量子点水凝胶生物传感器的伸长量可达到原长的1650%，展示了极高的韧性。
量子点水凝胶生物传感器对癌细胞摄取过程实时监测的传感特性测试：
将量子点水凝胶生物传感器***含有人乳腺癌细胞（MCF-7）的PBS溶液中，激发光导入量子点水凝胶生物传感器中，通过光谱仪接收反馈信号；反馈的荧光图谱测试结果如图5所示，荧光强度随时间增强。图6为荧光强度线性拟合结果，本发明量子点水凝胶生物传感器的荧光强度对乳腺癌细胞摄取过程不同阶段（吸附、“内吞”）的响应线性度良好，可根据此识别癌细胞，且图中斜率变化的出现可应用于对“内吞”作用进展程度的监测。
特异性靶向修饰量子点的荧光强度在癌细胞摄取的不同阶段（吸附、“内吞”）变化速率不同且每个阶段均线性度良好，因此可以实时监测并区分癌细胞摄取过程的不同阶段；同时制作的水凝胶生物传感器机械性能良好，能够适应拉伸、弯曲、挤压等复杂环境下的监测；此外，该方法还可以通过对量子点进行不同靶向修饰，实现对不同细胞及其他生化指标的分析与检测，在生物传感，疾病诊断，药理分析等研究领域具有广阔的应用前景。
需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不指定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。
而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (5)

1.基于量子点的生物传感器的癌细胞摄取监测方法，其特征在于：包括以下步骤
步骤a）称取指定质量的叶酸、丙烯酸、1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺（EDC）、N-羟基琥珀酰亚胺（NHS）倒入PH约等于6的磷酸缓冲盐溶液（PBS）中，在避光的条件下，搅拌指定时间；
在所述步骤a中，叶酸、丙烯酸、EDC以及NHS的配比为0.1-1mol：0.1-1mol：1-2mol：1-2mol，搅拌时间为6h-12h；
步骤b）将量子点倒入所述步骤a生成的溶液中，继续避光搅拌指定时间；
步骤c）在去离子水中，避光条件下透析所述步骤b生成的溶液指定时间；
步骤d）称取指定质量的丙烯酰胺、聚丙烯酸钠、所述步骤c生成的溶液、交联剂和热引发剂，倒入去离子水中搅拌均匀；
步骤e）将所述步骤d中生成的溶液注入管状橡胶模具，并将一根端面切割平整的传统光纤置入橡胶模具一端；
步骤f）将所述步骤e中产生的光纤放入干燥箱，设置适当温度，加热，引发水凝胶单体交联；
步骤g）将所述步骤f中水凝胶通过外力从橡胶模具一端推出，量子点水凝胶生物传感器制作完成；
步骤h）利用中心波长为475nm的LED作为激发光源，光谱仪作为信号检测装置；通过波分复用器将激发光源，光谱仪以及制备的水凝胶光纤传感器连接起来，制备成一种基于量子点的水凝胶生物传感器，且实现对癌细胞摄取过程的实时监测。
2.根据权利要求1所述的基于量子点的生物传感器的癌细胞摄取监测方法，其特征在于：在所述步骤b中，所述的量子点材料为BaS、AgInS2、Fe2O3、In2O3、InAs、InN、InP、CdS、CdSe、CdTe、ZnS、ZnSe、ZnTe、GaAs、GaN、GaS、GaSe、InGaAs、MgS、MgSe、MgTe、PbS、PbSe、PbTe、Cd(SxSe1-x)、BaTiO3、PbZrO3、CsPbCl3、CsPbBr3、CsPbI3中的至少一种。
3.根据权利要求1所述的基于量子点的生物传感器的癌细胞摄取监测方法，其特征在于：在所述步骤d中，交联剂为N-N亚甲基双丙烯酰胺、聚乙二醇双丙烯酸酯PEGDA中至少一种，热引发剂为过硫酸铵。
4.根据权利要求1所述的基于量子点的生物传感器的癌细胞摄取监测方法，其特征在于：在所述步骤e中，所述的橡胶模具为内径为0.1mm-1mm的空芯导管，传统光纤为单模光纤、多模光纤两者中的任意一者。
5.根据权利要求1所述的基于量子点的生物传感器的癌细胞摄取监测方法，其特征在于：在所述步骤f中，设置温度为40℃-100℃，加热时间为30min-60min。
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