張 坤,王楷淇,張 靜,夏宇涵,杜寶萱,董 建
(山東第一醫(yī)科大學(xué)(山東省醫(yī)學(xué)科學(xué)院),山東 泰安 271016)
近年來,GQDs因其優(yōu)異的光化學(xué)特性、良好的生物相容性引起了人們的廣泛關(guān)注[1-2]。如何進(jìn)一步提高GQDs的量子產(chǎn)率及拓展其應(yīng)用領(lǐng)域是目前研究的熱點(diǎn)問題。雜原子摻雜[3]是調(diào)節(jié)GQDs熒光性質(zhì),提高量子產(chǎn)率的有效方法,其中有關(guān)N-GQDs的研究最為廣泛[4-5]。N-GQDs作為一種新型熒光納米材料,在細(xì)胞成像、藥物傳輸、生物傳感等領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。
本論文以GQDs為碳源,三聚氰胺為氮源,采用高溫?zé)峤舛笙跛嵫趸姆椒ㄖ苽銷-GQDs,并對其微觀形貌和光學(xué)性質(zhì)進(jìn)行表征。在此基礎(chǔ)上,選用腦膠質(zhì)瘤U251細(xì)胞對N-GQDs的細(xì)胞毒性和熒光成像性質(zhì)進(jìn)行評價(jià)。
GQDs:自制,具體方法見文獻(xiàn)[2];三聚氰胺:分析純,美國Sigma-Aldrich公司;硝酸、二甲亞砜(DMSO):分析純,國藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司;RPMI培養(yǎng)基:Hyclone公司;MTT,4%多聚甲醛、青鏈霉素混合液、胰酶-EDTA消化液:北京索萊寶科技有限公司;新生牛血清:浙江天橋生物科技有限公司。
超聲波振蕩器:SB-12D型,寧波新藝超聲設(shè)備公司;真空干燥箱,DZF-6020,上海精宏實(shí)驗(yàn)設(shè)備有限公司;高溫管式爐:GSL-1600x型,合肥科晶材料技術(shù)有限公司;冷凍干燥機(jī):SCIENTZ型,寧波新芝生物科技股份有限公司;紫外暗箱:ZF-20D型,鞏義市予華儀器有限公司;二氧化碳培養(yǎng)箱:3111型,Thermo Fisher Scientific公司;透射電子顯微鏡(TEM):Tecnai G2 F20型,美國飛利浦公司;紫外分光光度計(jì):U-3900型,日本Hitach公司;熒光分光光度計(jì):F-4600型,日本Hitach公司;酶標(biāo)儀:Infinite M200型,德國Tecon公司;熒光倒置顯微鏡:GPJ9-TS100型,日本尼康公司。
將50 mg GQDs超聲分散于100 mL去離子水中,然后加入0.25 g三聚氰胺,攪拌直至出現(xiàn)明顯的沉降。將上述混合體系蒸干,真空干燥24 h,研成粉末。將粉末置于石英舟內(nèi),氬氣保護(hù)下750℃熱解45 min,然后用6 mol/L HNO3回流8 h,蒸干HNO3,透析純化得到N-GQDs。
分別采用TEM、紫外分光光度計(jì)和熒光分光光度計(jì)對N-GQDs的微觀形貌和光學(xué)性質(zhì)進(jìn)行表征;以硫酸奎寧在0.1 mol/L H2SO4(Q = 0.54,340 nm) 為參照,按照下列公式計(jì)算N-GQDs的量子產(chǎn)率。其中Q:量子產(chǎn)率,I:熒光發(fā)射峰積分面積,n:折射率,A:吸光度,R:指參考樣品。
收集處于生長對數(shù)期的U251細(xì)胞,胰酶-EDTA消化后吹打得到細(xì)胞懸液(5×104個(gè)/mL)。將細(xì)胞懸液加入96孔板,放入37℃,5% CO2培養(yǎng)箱培養(yǎng)24 h。細(xì)胞貼壁后加入不同濃度的N-GQDs溶液20 μL,繼續(xù)培養(yǎng)24 h。加入20 μL MTT,孵育4 h后終止培養(yǎng)。每孔加入150 μL DMSO,低速振蕩10 min。用酶標(biāo)儀測定各孔的吸光值(A),測定波長為490 nm。細(xì)胞存活率= (A-Ablank/Acontrol-Ablank) ×100%,其中Blank為空白組;Control為對照組。
收集處于生長對數(shù)期的U251細(xì)胞,將細(xì)胞懸液接種至細(xì)胞爬片,加入培養(yǎng)液培養(yǎng)24 h。繼續(xù)加入N-GQDs溶液(2.5 μg/mL)培養(yǎng)12 h,PBS沖洗3次。取出細(xì)胞爬片,加入4%多聚甲醛室溫固定10 min,PBS清洗3次。將細(xì)胞爬片轉(zhuǎn)移至載玻片上,封片固定。采用熒光倒置顯微鏡觀察N-GQDs的細(xì)胞成像。
N-GQDs的TEM照片及其粒徑分布如圖1(a)和(b)所示。本方法制備的N-GQDs具有良好的分散性,粒徑分布較為均勻,平均粒徑約為3.5 nm。
圖1 N-GQDs的TEM照片及其粒徑分布
如圖2所示,N-GQDs的紫外-可見吸收光譜在266 nm處有一個(gè)明顯的肩峰,其歸因于C=O的n-π*躍遷。由熒光光譜可知,N-GQDs的最佳激發(fā)波長為360 nm,其發(fā)射峰位于442 nm處。當(dāng)激發(fā)波長由380 nm向480 nm轉(zhuǎn)變時(shí),發(fā)射峰發(fā)生明顯的紅移。在365 nm紫外燈照射下,N-GQDs呈現(xiàn)明顯的藍(lán)色熒光。N-GQDs的量子產(chǎn)率為15.8%,明顯高于GQDs(0.8%)。
圖2 N-GQDs的紫外-可見吸收光譜及熒光光譜圖
圖3 不同濃度N-GQDs孵育的U251細(xì)胞活力圖
要將N-GQDs應(yīng)用于生物成像領(lǐng)域,安全性是最基本的要求。由圖3可見,在N-GQDs的濃度≤120 μg/mL的情況下,U251細(xì)胞24 h后的存活率一直保持在90%以上,表明N-GQDs細(xì)胞毒性小,可保證其后續(xù)細(xì)胞成像的安全性。
將N-GQDs與U251細(xì)胞共同孵育12 h后,置于熒光倒置顯微鏡下觀察。如圖4所示,N-GQDs可進(jìn)入U(xiǎn)251細(xì)胞,并呈現(xiàn)出明顯的綠色熒光,這表明N-GQDs有望作為一種安全性較高的熒光標(biāo)記物,應(yīng)用于U251細(xì)胞成像。
圖4 N-GQDs孵育的U251細(xì)胞的熒光成像照片
本研究以GQDs為碳源,三聚氰胺為氮源,采用高溫?zé)峤舛笙跛嵫趸姆椒ㄖ苽淞艘环N尺寸分布較為均勻的N-GQDs。與GQDs相比,N-GQDs的量子產(chǎn)率顯著增加。N-GQDs有望作為一種安全的熒光標(biāo)記物,應(yīng)用于U251細(xì)胞成像。