CN101383212B - 一种超顺磁/荧光纳米粒子的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种超顺磁/荧光纳米粒子的制备方法，这种超顺磁/荧光纳米粒子不仅具有荧光，而且还具有超顺磁性；包括磁性纳米粒子和量子点，磁性纳米粒子和量子点之间以交联剂结合。制备方法为量子点通过交联剂与磁性纳米粒子连接。这种粒子具有较好的化学稳定性和液相分散性，避免量子点的荧光效应减弱，可应用于生物材料的检测和分离纯化。
Description
技术领域
本发明涉及纳米磁性材料领域，确切地说，涉及一种超顺磁/荧光纳米粒子。
背景技术
量子点(quantum dots，QDs)又称半导体纳米微晶体，通常由II一VI族或III一V族元素组成。由于晶粒小，其电子和空穴被量子限域，存在不连续的最高被占分子轨道和最低空余轨道能级，能隙变宽，即具有量子尺寸效应。在光的激发下，量子点可以发射荧光，与传统的有机荧光材料相比，显示出不可比拟的独特优势，具有优良的光谱特征和光化学稳定性。量子点优越的荧光特性，使其成为纳米生物技术研究的热点和前沿，短短数年在生物化学、细胞生物学、免疫化学等学科的研究中显示出巨大发展潜力。
量子点结合抗体、抗原、DNA或多肽等物质后所构成的结合体被称为生物探针或荧光探针，这类探针能对所标记的生物分子作定性或定量分析。
磁性纳米粒子作为一种重要的纳米材料，因其具有良好的靶向性、超顺磁性和表面易功能化等特点近年来倍受关注。它可以复合抗体、抗原或免疫球蛋白，在体内特异性地与靶物质结合并使之具有磁响应性，因此已被应用于生物物质的靶向定位与富集分离。
研制载有荧光量子点的磁性纳米粒子不仅仅是纳米技术与生物医学的有机结合，更重要的是它实现了标记示踪和定位分离的一体化，这对生物医学的发展将起到巨大的推动作用。
目前，国内外已有文献报道了量子点与磁性纳米粒子结合方式，具体主要可分为两种：一、量子点直接与磁性纳米粒子连接；二、将磁性纳米粒子与量子点同时包埋在一些高聚物里，形成核壳结构。但首先制备具有磁性的二氧化硅纳米粒子，再与量子点相结合的报道尚不多见。
发明内容
本发明旨在提供一种超顺磁荧光纳米粒子的制备方法。
一种超顺磁/荧光纳米粒子，包括磁性纳米粒子和量子点，磁性纳米粒子和量子点之间以交联剂结合。磁性纳米粒子优选为二氧化硅/磁性纳米粒子。量子点优选为ZnS/CdTe。
其制备方法包括如下步骤：
(1)在磁性纳米粒子外壳表面进行氨基化修饰；
(2)将表面带有羧基的量子点和交联剂溶于pH为6-8的磷酸缓冲液中活化，再加入表面带有氨基的磁性纳米粒子，在10-40℃下孵育0.5～10h，使所述的量子点通过交联剂与磁性纳米粒子连接。
反应结束后通过磁分离，洗去未参与反应的量子点。
步骤(1)中，在磁性纳米粒子外壳表面进行氨基化修饰的步骤包括：将磁性纳米粒子加入到甲醇/丙三醇体系中，超声处理，然后加入N-(2-氨基乙基)-3-氨基丙基三甲氧基硅烷，30-80℃恒温下搅拌5～10小时，洗涤干燥。磁性纳米粒子与甲醇/丙三醇体系的质量体积比为1∶1650-2800(g/L)；甲醇/丙三醇体系中，甲醇与丙三醇的体积比为1∶3-2∶3。
步骤(2)中所使用的交联剂为1-(3-二甲基氨丙基)-3-乙基碳二胺盐酸盐和N-羟基琥珀酸亚胺。
表面带有氨基的磁性纳米粒子与1-(3-二甲基氨丙基)-3-乙基碳二胺盐酸盐和N-羟基琥珀酸亚胺的质量比1∶(0.1-1)∶(0.1-1)。
表面带有氨基的磁性纳米粒子与表面带有羧基的量子点质量/摩尔比为10000000/65-40000000/195(g/mol)。
这种超顺磁/荧光纳米粒子不仅具有荧光，而且还具有超顺磁性，可应用于生物材料的检测和分离纯化。
本发明的超顺磁荧光纳米粒子具有较好的化学稳定性和液相分散性；通过化学键共价交联的作用，将量子点与事先准备好的磁性纳米粒子相结合，避免了量子点的荧光效应因二氧化硅壳层的影响而减弱，同时使捕获与分离欲作定性或定量分析的生物分子变成了可能，进一步拓展了量子点在生物医学领域中的应用。
附图说明
图1为实施例1所得超顺磁/荧光纳米粒子的红外光谱图
图2为实施例1所得超顺磁/荧光纳米粒子的荧光光谱图
图3为实施例1所得超顺磁/荧光纳米粒子的在紫外灯照射下的荧光图，其中：(A)无磁场；(B)存在磁场
图4为SPCA-1肺癌细胞与超顺磁/荧光纳米粒子孵育的共聚胶显微镜图，其中：(A)2h；(B)24h
具体实施方式
实施例1：
利用量子点表面羧基与磁性纳米粒子所连氨基间的化学反应，实现量子点与粒子的结合，具体的实施步骤如下：
(1)取50mg二氧化硅/磁性纳米粒子，加入到100ml甲醇和丙三醇组成的混合溶液中，超声处理40min，然后向其中加入5ml AEAPS，50℃恒温下搅拌5h，最后用乙醇洗涤所得粒子，干燥保存。其中甲醇和丙三醇体积比为2∶3。
(2)将5uL浓度为0.013mol/L的量子点ZnS/CdTe水溶液、8mgNHS及10mgEDAC溶于3mL pH＝7的磷酸缓冲溶液中活化30min，再向其中加入10mg步骤(1)所得表面带有氨基的二氧化硅/磁性纳米粒子，28℃孵育5h。
(3)通过磁分离，洗去未参与反应的量子点。最后用磷酸缓冲溶液洗涤所得粒子，并在该溶液中保存。
用红外光谱仪(FT-IR)对载有荧光量子点的磁性纳米粒子进行表征，结果见附图1。从图1中可见，修饰了氨基的二氧化硅/磁性纳米粒子在3600-3200cm-1有一个较宽的肩峰，此为N-H键的伸缩振动，结合约1640cm-1处-NH2的弯曲振动吸收峰，可见氨基已经被成功修饰在二氧化硅/磁性纳米粒子表面。
与SiO2-NH2吸收光谱对照，SiO2-NH2-QDs的红外光谱图在3300-3500cm-1存在酰氨键的振动吸收，同时结合1670cm-1附近酰氨键中C＝O的弯曲振动，表明通过 化学反应有酰氨基的生成，由此可见量子点已成功得连接到磁性纳米粒子表面。
用荧光分光光度计(PL)对所得粒子的荧光强度进行测量，结果见附图2。纯量子点与纳米粒子复合物的最大荧光发射波长均在650nm，此处恰为红色荧光的波长范围。可见，所制备的磁性纳米粒子溶液显示红色荧光。
在紫外灯照射下观察荧光，结果见附图3。由附图3(A)可知，在紫外灯的照射下，纳米粒子复合物呈现红色荧光，且该粒子在溶液中分布均匀。(B)图是在外加磁场作用下，荧光粒子在较短的时间内向磁场方向聚集，表明该粒子不仅具有荧光，而且还具有超顺磁性。可见通过共价交联的方法能很好得将量子点与磁性纳米粒子结合，实现多功能的目的。
实施例2：
(1)取25mg二氧化硅/磁性纳米粒子，加入到60ml甲醇和丙三醇组成的混合溶液中，超声处理30min，然后向其中加入3ml AEAPS，50℃恒温下搅拌7h，最后用乙醇洗涤所得粒子，干燥保存。其中甲醇和丙三醇体积比为1∶3。
(2)将15uL浓度为0.013mol/L的量子点ZnS/CdTe水溶液、20mgNHS及15mgEDAC溶于10mLpH＝7的磷酸缓冲溶液中活化30min，再向其中加入40mg步骤(1)所得表面带有氨基的二氧化硅/磁性纳米粒子，20℃孵育5h。
(3)通过磁分离，洗去未参与反应的量子点。最后用磷酸缓冲溶液洗涤所得粒子，并在该溶液中保存。
实施例3：
取1mg实施例1中所得超顺磁/荧光纳米粒子分散在细胞培养液RPMI1640中，过滤除菌。然后，将粒子与SPCA-1肺癌细胞(细胞浓度为1×105个/mL)25℃下共同孵育2-24hr，通过共聚焦显微镜观察，结果如附图4所示。附图表明：
1、载有荧光量子点的磁性纳米粒子可以自然地通过肿瘤细胞的吞噬作用进入细胞内部。
2、图4(B)相对于图4(A)，荧光强度显著增强，可见随着孵育时间的增加，量子点可以不断得进入细胞。
3、通过量子点的连接成功地实现了磁性纳米粒子用于细胞标记的作用，使得标记与分离一步完成。
Claims (5)
1.一种超顺磁/荧光纳米粒子的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)在二氧化硅磁性纳米粒子外壳表面进行氨基化修饰，步骤包括：将二氧化硅磁性纳米粒子加入到甲醇/丙三醇体系中，超声处理，然后加入N-(2-氨基乙基)-3-氨基丙基三甲氧基硅烷，30-80℃恒温下搅拌5～10小时，洗涤干燥；
(2)将表面带有羧基的量子点和交联剂溶于pH为6-8磷酸缓冲液中活化，再加入表面带有氨基的二氧化硅磁性纳米粒子，在10-40℃下孵育0.5～10h，使所述的量子点通过交联剂与磁性纳米粒子连接。
2.权利要求1所述超顺磁/荧光纳米粒子的制备方法，其特征在于，所述二氧化硅磁性纳米粒子与甲醇/丙三醇体系的质量体积比为1∶1650-2800g/L，甲醇/丙三醇体系中，甲醇与丙三醇的体积比为1∶3-2∶3。
3.权利要求1所述超顺磁/荧光纳米粒子的制备方法，其特征在于，步骤(2)中所使用的交联剂为1-(3-二甲基氨丙基)-3-乙基碳二胺盐酸盐和N-羟基琥珀酸亚胺。
4.权利要求3所述超顺磁/荧光纳米粒子的制备方法，其特征在于，所述表面带有氨基的二氧化硅磁性纳米粒子与1-(3-二甲基氨丙基)-3-乙基碳二胺盐酸盐和N-羟基琥珀酸亚胺的质量比1∶0.1-1∶0.1-1。
5.权利要求1所述超顺磁/荧光纳米粒子的制备方法，其特征在于，所述表面带有氨基的磁性纳米粒子与表面带有羧基的量子点质量/摩尔比为10000000/65-40000000/195g/mol。
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