本技术介绍了一种制备近红外II区荧光银纳米团簇的新方法。该方法涉及将硝酸银制成水溶液,添加配体模板分子形成混合液,随后加入碱性水溶液进行反应,最终获得pH值为10的银纳米团簇。
背景技术
近红外II区荧光成像技术是指利用红外激光(>808nm)激发造影剂材料发射近红外II区荧光(1000-1700nm),在生物活体水平进行实时、动态检测的影像研究技术。该技术起源于Carroll等人2006年荧光量子点生物成像研究中的一个重要科学假设:近红外II区(900nm-1700nm)荧光生物成像效果要优于可见光区和近红外I区(400-900nm)。该假设一经提出便得到众多学者的认同,相比传统的光学成像技术,近红外II区成像由于其高灵敏度(检测限:10-15
mol/L)、高时间(<50ms)和空间分辨率(<25μm)、深组织穿透能力(>2cm)、低成本、无辐射、低生物组织自发光干扰等优点,而成为近年来生物成像研究的热点领域。自2018年以来,在Nature,Nature Nanotechnology,Nature Materials等顶级工程材料期刊都相继研究报道了新型近红外II材料的合成制备及其在生物体内(如大脑、肾脏、肝脏等)的成像应用,近红外II纳米成像已成为生物成像技术中一个颇具探索和挑战性的热点研究领域。
目前,研究发现具有近红外II区荧光成像性能的无机纳米材料主要包括以下两类:掺杂稀土材料和重金属量子点。这两种纳米材料具有不同的发光机制。
掺杂稀土元素纳米材料通常由基质和激活剂组成,基质是作为材料主体的化合物(如:Y2
O3、
La2
O3
或Gd2
O3
),激活剂是作为发光中心的少量掺杂离子(尤其是正三价稀土元素离子,如:Sm3+
、Eu3+
、Tb3+
、Dy3+
、Nd3+
、Ho3+
、Er3+
、Tm3+
或Yb3+
),对于近红外II稀土掺杂的纳米颗粒,其发射波长取决于掺杂的激活剂的元素种类。例如,Ho、Pr、Tm和Er分别能够在1185nm、1310nm、1475nm和1525nm处发射荧光。此种材料具有优良光学性能如:荧光寿命长、光谱线窄、荧光发射波长覆盖区域广等,但量子产率较低(0.1%-3%)。而且稀土掺杂的纳米荧光材料生物稳定性不佳,稀土元素容易与磷酸结合,转化为稀土磷酸化合物而导致荧光淬灭,引发细胞NLRP3炎性小体激活,释放炎症因子。因此,近红外II稀土材料的生物安全性是临床应用的主要障碍。
重金属量子点主要由IV、II-VI,IV-VI或III-V族元素组成,内含有限数目的原子形成晶格,且三个维度尺寸均在纳米数量级,并将激子在三个空间方向上束缚住的半导体纳米结构。重金属量子点的发光机理在于激子的作用,发光过程是价带的负电电子被激发跃迁到导带,留下一个正电空穴,形成电子-空穴结合体,激子去活时将呈现荧光特性,同时随着量子点晶格尺寸的改变,价带和导带之间的能带间隙将发生变化,从而影响发光波长从可见光到红外光区间的变化。量子点作为一种新颖的半导体纳米材料,具有许多独特的光学性质,特别是在近红外II荧光这一范畴内(1000-1700nm),量子点相较于其他荧光材料具有吸收系数大、量子产率高(QY>15%)等特点,在近红外Ⅱ荧光成像方面具有极高研究价值。但是近红外II荧光量子点多由活性重金属组成,如:PbS、Ag2
Se、CdTe/HgTe,这些重金属元素容易在生物介质中释放而导致细胞毒性。目前已经有学者证明静脉注射含重金属离子的量子点释放的重金属离子作用于神经细胞具有显著的毒副作用。
上述两类近红外II材料存在的显著细胞毒副效应,正是现有技术的缺点与不足,因此如何合成制备生物相容性良好的近红外II区纳米成像材料,是当前纳米生物成像研究领域一重要的科学问题。
银纳米材料具有微波吸收性能、高表面活性、光学性能、导电性质和光电化学性质,还具光学转化特性(吸收、发射、散射及等离子共振)。尽管银纳米材料由于其独特的理化性质而在多种生物医学成像中具有潜在的应用价值,但是目前已有的银团簇纳米材料不能有效实现近红外II区的荧光发射,而是仅限于可见光发射区域的应用,例如专利文献CN114790216A公开的银纳米团簇。由于可见光对于组织的穿透深度十分有限,所以上述现有的银纳米团簇仅适用于做体外生物指示剂,而无法用于活体实时跟踪成像。
因此,为了满足生物医学成像中活体实时跟踪成像的需求,亟需开发可以实现近红外II区荧光发射的银团簇纳米造影剂。
实现思路