纳米生物导弹.pdf

本发明公开了一种纳米生物导弹，属于纳米科学与生物科学技术领域。一种纳米生物导弹，其特征在于：由纳米碳管为炸弹(1)、生物靶向分子(2)、荧光标记物(3)及激光引发装置(4)四部分构成；且所述纳米碳管(1)为单壁纳米管，两端开口；所述的生物靶向分子为针对某种受体的配体，或针对某种抗原的抗体；所述生物靶向分子(2)和荧光标记物(3)分别与纳米碳管(1)通过氨基与羧基的偶连成键连接。本发明的纳米生物导弹对癌细胞识别的特异性高，通过爆炸的物理作用彻底杀死癌细胞，无毒副作用，无耐药性。

权利要求书
1、  一种纳米生物导弹，其特征在于：由纳米碳管为炸弹(1)、生物靶向分子(2)、荧光标记物(3)及激光引发装置(4)四部分构成；且所述纳米碳管(1)为单壁碳纳米管，两端开口；所述的生物靶向分子为针对某种受体的配体，或针对某种抗原的抗体；所述生物靶向分子(2)和荧光标记物(3)分别与纳米碳管(1)通过氨基与羧基的偶连成键连接。

2、  根据权利要求1所述的纳米生物导弹，其特征在于：所述的纳米碳管(1)直径1-3nm，长度100-400nm。

3、  根据权利要求1或2所述的纳米生物导弹，其特征在于：所述的激光引发装置(4)所引发的激光波长为700-900nm，激光能量密度为600-1200mW/cm2。

说明书纳米生物导弹
一、技术领域
本发明涉及一种基于碳纳米管光量子性能、生物靶向技术和荧光标记技术设计的纳米生物导弹，属于纳米科学与生物科学技术领域。
二、背景技术
癌症一直威胁着人们的健康，攻克癌症一直都是人们的梦想。几十年来，各个领域的科学家在寻求高效的癌症治疗方法方面做了大量的研究。尤其随着纳米科学与生命科学的发展，使癌症的治疗已经逐渐摆脱传统方法的禁锢，为战胜癌症提供了许多更新更有效的方法和途径。如纳米磁性颗粒用于癌症的热疗，量子点用于癌症诊断，纳米微胶囊用于靶向药物输送系统等等。纳米碳管是一种新型的纳米材料，具有奇异的力学、电学、光量子性能。可以用来构筑多种功能的纳米器件，已经有人发明了纳米二级管、纳米分子振荡器、纳米枪、纳米泵等等。但是基于纳米碳管光量子性能的器件的研究相对较少，2002年Science杂志发表了Ajayan PM等人的研究(Ajayan PM，Terrones M，Guardia A et al.Science，Nanotubes in a Flash-Ignition and Reconstruction，2002，296(26)：705)，报道了絮状单壁纳米碳管在照相机闪光灯照射下的燃烧现象，提
出了单壁纳米碳管与光辐射之间存在超强的光子声子耦合效应，这种耦合效应导致了单壁纳米碳管结构的光致重构。2005年，Balaji Panchapakesan
小组报道了纳米碳管做成的薄膜在激光激发下的燃烧现象(BalajiPanchapakesan，Shaoxin Lu，Kousik Sivakumar et al.Single-Wall CarbonNanotube Nanobomb Agents for Killing Breast Cancer Cells，NanoBiotechnology，2005，1：133-139)。
三、发明内容
本发明的目的，在于提供一种可以靶向炸死癌细胞的纳米生物导弹。
一种纳米生物导弹，其特征在于：由纳米碳管为炸弹、生物靶向分子、荧光标记物及激光引发装置四部分构成；且所述纳米碳管为单壁碳纳米管，两端开口；所述的生物靶向分子为针对某种受体的配体，或针对某种抗原的抗体；所述生物靶向分子和荧光标记物分别与纳米碳管通过氨基与羧基的偶连成键连接。
大量实验得出：上述的纳米碳管直径为1-3nm，长度为100-400nm；激光引发装置所引发的激光波长为700-900nm，激光能量密度为600-1200mW/cm2效果最佳。
一种制造纳米生物导弹的方法，其特征在于由以下步骤组成：
(1)制备用作炸弹的纳米碳管：用CVD方法制得，使用镍铁为催化剂，经纯化后得到纳米碳管直径1-3nm，长度5-15um；接着在酸性条件下
用γ辐照法进行短化处理，辐照剂量为50-100kGy，得到产物长度100-400nm，两端开口。
(2)然后用生物靶向分子与荧光标记物对碳管进行修饰：其中，连接使用的是氨基与羧基的偶连反应。如使用量子点作为荧光标记物，则需要先对量子点进行修饰使其表面带有氨基。
(3)离心分离产物后即得到纳米生物导弹。
该纳米导弹对癌细胞有特异性识别能力，可以识别出癌细胞并进入癌细胞内部。其携带的荧光标记物质可以显示出癌细胞的位置，在特定波长和一定能量密度的激光的激发下，纳米碳管会发生爆炸把癌细胞炸死，纳米碳管爆炸的碎片会被人体吸收。由于这是个纯粹的物理过程，所以没有任何的毒副作用，也不会使癌细胞产生耐药性。爆炸产生的能量和冲击波可以使癌细胞瞬间崩溃并破坏其周围的血管阻止对其的营养供应。对癌细胞的灭活率几乎百分之百，非常彻底，这是当前任何一种癌症治疗方法所不能比拟的。
附图说明
图1是纳米生物导弹示意图。
图2为正常细胞对第一种实例纳米生物导弹吸收后的激光共聚焦显微照片。
图3为癌细胞对第一种实例纳米生物导弹吸收后的激光共聚焦显微照片。
图4是吸收了第一种实例纳米生物导弹的正常细胞经激光照射后的光学显微照片。
图5是吸收了第一种实例纳米生物导弹的癌细胞经激光照射后的光学显微照片。
图6是正常细胞对第三种实例纳米生物导弹吸收后的激光共聚焦显微照片。
图7是为癌细胞对第三种实例纳米生物导弹吸收后的激光共聚焦显微照片。
图8是是吸收了第二种实例纳米生物导弹的正常细胞经激光照射后的光学显微照片。
图9是是吸收了第二种实例纳米生物导弹的癌细胞经激光照射后的光学显微照片。
图1中标号名称：1.纳米碳管炸弹，2.生物靶向分子，3.荧光分子标记物，4.激光引发装置。
五、具体实施方式
实例一：如图1所示，本实例中所使用的纳米碳管直径1.5nm，长度100-200nm，生物靶向分子为叶酸用于识别癌细胞膜上的叶酸受体，荧光标记物为Alexafluro 514荧光分子，引发激光波长为780nm，能量密度为600-800mW/cm2。
其中图2-图5，是在实施例一的基础上，用离体培养的小鼠正常肝细胞及肝癌细胞进行的相关实验。图2可以发现弱的荧光显示正常细胞对纳米生物导弹的吸收非常弱。图3可以发现荧光强度非常大，表明癌细胞对纳米生物导弹的特异性吸收非常强，显示了很好的靶向性。图4可见细胞没有死亡，细胞形态未发生明显变化。图5纳米生物导弹发生爆炸，把癌细胞炸的稀烂。
实例二：如图1所示，与实例一不同之处在于纳米碳管1直径2.2nm，长度200-400nm，引发激光4波长808nm，能量密度为1000-1200mW/cm2。其他与实例一相同。图8-图9是基于实例二的实验，图8可见正常细胞的形态照射后没有明显变化，图9纳米生物导弹发生爆炸导致细胞形态的完全破坏。正常细胞与癌细胞对实例二的吸收结构与对实例一没有明显不同。
实例三：如图1所示，与实例一不同的是荧光标记物(3)为一个直径2nm的半导体量子点。其他与实例一相同。图6-图7是在实例三的基础上进行的实验，图6中弱的荧光显示正常细胞对纳米生物炸弹的吸收非常弱，图7中显示非常强的荧光，表明癌细胞对纳米生物导弹的特异性吸收非常强。该实例的爆炸及对癌细胞的摧毁效果与实例一没有明显不同。
实例四：如图1所示，与实例一不同的是生物靶向分子(2)为抗体，可以与癌细胞表面特异性抗原相结合。其他与实例一相同。
实例五：如图2所示，与实例三不同的是生物靶向分子(2)为抗体，可以与癌细胞表面特异性抗原相结合。其他与实例三相同。
本发明的纳米生物导弹中所叙述碳纳米管为单壁碳纳米管，两端开口，碳管直径1-3nm，长度100-400nm；所述的生物靶向分子为针对某种受体的配体，或针对某种抗原的抗体；用于引发的激光波长为700-900nm，激光波长与能量密度要600-1200mW/cm2。