CN101503187A - 表面化学基团修饰的碳纳米管化合物及其应用 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一类表面化学基团修饰的碳纳米管化合物，其化学结构如通式(I)或(II)所示；同时本发明还公开了所述的化合物在制备分子探针、药物载体、成像试剂或DNA调节剂中的潜在应用。
Description
技术领域
本发明涉及碳纳米管化合物及其制备与应用，尤其涉及一类新型表面化学基团修饰的碳纳米管化合物及其制备方法与应用，属纳米材料化学及生物医学领域。
背景技术
碳纳米管(CNTs)因其独特的结构和物理化学性质，是近年来化学、物理学、生物学及材料科学等多学科的研究热点，同时因其在生物学及医药方面的潜在应用而受到广泛关注。当把碳纳米管注射到动物体内时，它们可以进入不同的器官甚至细胞的不同部位，它们还可以结合蛋白或是DNA分子，这些性质使生物相容性好的碳纳米管可能成为分子探针、药物载体、成像试剂、DNA调节剂或是其它医学材料(Pantarotto，D.et al.Translocation of bioactive peptides across cell membranes by carbon nanotubes.Chem.Commun.2004，16-17；Karajanagi，S.S.et al.Structure and function of enzymes adsorbedonto single-walled carbon nanotubes.Langmuir 2004，20，11594-11599；Lin，Y.et al.Protein-affinity of single-walled carbon nanotubes in water.J.Phys.Chem.B 2004，108，3760-3764；Zheng，M.et al.DNA-assisted dispersion and separation of carbon nanotubes.Nature Materials 2003，2，338-342.)。纳米材料的生物活性可以通过表面官能团修饰及别的方法得到改善。当小分子连接到间壁碳纳米管表面时，有报道称它们与细胞的作用可以得到明显的改善(Dumortier，H.et al.Functionalized carbon nanotubes are non-cytotoxicand preserve the functionality of primary immune cells.Nano Letters 2006，6，1522-1528.)。而当磁性纳米材料表面被各种各样的官能团修饰后，活性筛选有助于选择生物活性最好的材料。有文献报道了一些碳纳米管有很强的蛋白结合能力(Karajanagi，S.S.et al.Structure and function of enzymes adsorbed onto single-walled carbon nanotubes.Langmuir2004，20，11594-11599.)，蛋白的结合促使其更容易被吞噬细胞细胞识别而清除(Ameller，T.et al.Polyester-poly(ethylene glycol)nanoparticles loaded with the pure antiestrogen RU58668：Physicochemical and opsonization properties.Pharm.Res.2003，20，1063-1070；Owens，D.E.；Peppas，N.A.Opsonization，biodistribution，and pharmacokinetics of polymericnanoparticles.Int.J.Pharm.2006，307，93-102.)，或者促使细胞的信号传导蛋白产生未知的抗原决定基，从而引起毒性反应。因此，碳纳米管表面化学基团结构将对其性质有重要的影响，并将决定其在生物医学领域的应用。对碳纳米管进行表面化学修饰是降低其毒性并且增强其生物兼容性的一种有效手段。
发明内容
为降低纳米材料本身的毒性及增强其生物兼容性，本发明的目的在于提供一类新型表面化学基团修饰的碳纳米管化合物。
本发明应用纳米材料表面组合化学合成方法，选择多样性分子，对多壁碳纳米管进行表面化学修饰，制备了含有80个不同表面化学修饰基团的碳纳米管化合物库，并建立了相应的分析表征方法。通过多种生物学筛选实验，发现了不同化学修饰基团碳管的性质与表面结构的关系，并从中发现了具有较低的蛋白结合能力、低毒性及免疫反应的多壁碳纳米管，这些具有优良生物功能的碳管，将被用来进一步筛选具有生物兼容性、药物传输性以及特异蛋白结合与识别能力的纳米材料，具有广泛的市场应用前景。
本发明所述的一类表面化学基团修饰的碳纳米管化合物，其化学结构如通式(I)或(II)所示：
其中：
CNT表示碳纳米管，为单壁碳纳米管(SWNT)或多壁碳纳米管(MWNT)；
X选自氧(O)、硫(S)或氮氢(NH)；
Y选自羰基(CO)或磺酰基(SO2)；
R1或R2各自独立地选自取代或未取代的C1-C6烷基、取代或未取代的C1-C6不饱和烃基、取代或未取代的C3-C8环烷基、取代或未取代的芳基、取代或未取代的芳烷基、取代或未取代的杂芳基、取代或未取代的5-7元杂芳烷基、或者取代或未取代的5-7元杂环基；
R1’独立地选自氢，或R1或R2所述的各自独立的所选基团；当R1’独选自氢时，通式(II)等同于通式(I)。
上述芳基或芳烷基中的芳基独立地选自取代或未取代的苯基、取代或未取代的萘基、或者取代或未取代的联苯基；
上述5-7元杂芳基或5-7元杂环基含有1-3个氧、硫或氮的杂原子，并任选地被苯基合并和/或一个或多个取代基所取代；其中所述取代基选自卤素、C1-C6直链或支链饱和或不饱和烃基、氰基、硝基、氨基、氨基甲酰基、氨磺酰基、羟基、羟甲基、脲基、硫脲基、N-(C1-C6烷基)氨基、N，N-(C1-C6烷基)2氨基、三氟甲基、三氟甲氧基、羧基、C1-C6烷氧基、巯基、C1-C6酰基、C1-C6烷酰氧基、C1-C6烷酰基氨基、N-(C1-C6烷基)脲基、N-(C1-C6烷基)硫脲基、C1-C6烷氧基羰基、N-(C1-C6烷基)氨磺酰基、N，N-(C1-C6烷基)2氨磺酰基、C1-C6烷基磺酰基氨基、N-(C1-C6烷基)氨基甲酰基、N，N-(C1-C6烷基)2氨基甲酰基、苄基、苄氧基羰基、苯甲酰基或苯基磺酰基。
上述的一类表面化学基团修饰的碳纳米管化合物，其化学结构式进一步优选的方式是：
所述R1优先选自如下结构的基团之一：
所述R2优先选自如下结构的基团之一：
其中所述R1或R2选择的化学修饰基团及其编号和所得优选的碳纳米管化合物编号列于如下表中：
R1选择的化学修饰基团及其编号如下：
本发明所述表面化学基团修饰的碳纳米管化合物进一步优选如下化学结构式的化合物之一：
本发明所述表面化学基团修饰的碳纳米管化合物最优选如下化学结构式的化合物之一：
本发明所述表面化学基团修饰的碳纳米管化合物的制备方法，即通过羧基化多壁碳纳米管与酪氨酸的羟基进行反应引入酪氨酸反应单元作为连接体，其酸性单元可以与醇、硫醇或有机胺反应进行衍生，其氨基在脱去保护基团后可以与酰氯或磺酰氯反应进行衍生。
本发明将组合化学方法用于纳米材料的修饰，在引入酪氨酸作为连接体后，在两个多样性部位进行衍生。进一步的，本发明所述化学基团修饰的多壁碳纳米管的制备方法以如下步骤制备：
原始的多壁碳纳米管依次与双氧水/浓硫酸和浓硝酸/浓硫酸混合液作用，经氧化得到羧基化多壁碳纳米管；用氯化亚砜来对羧基化多壁碳纳米管进行活化，与过量的Fmoc(芴烯)保护的酪氨酸反应生成多壁碳纳米管中间体3#((MWNT-Fmoc-Tyr-COOH)。中间体3#同时包含羧基和保护的氨基；中间体3的羧基首先经过氯化亚砜活化后与不同的胺基进行瓜生成多壁碳纳米管中间体5#～12#。中间体5#～12#包含的氨基在脱去Fmoc保护基团后与不同的酰氯进行反应生成修饰的多壁碳纳米管13#～84#。
上述制备方法以化学反应式表述如下：
通常，上述多壁碳纳米管中间体及多壁碳纳米管化合物适用量范围是10毫克至100克。
本发明还公开了一种用红外来确定多壁碳纳米管表面特征官能团的方法，即羧基化多壁碳纳米管可利用检测1700cm-1左右是否出现特征峰来指示羧基化的成功，当长链胺基连到多壁纳米管表面时可以通过2900和2850cm-1左右峰的增强来检测。
本发明还公开了一种用元素分析来定量多壁碳纳米管表面官能团的方法，即通过修饰前后氮元素的含量及氮原子数目的变化，可知多壁碳纳米管表面修饰基团的数目。本发明中所用到的多壁碳纳米管表面官能团含量为0.20-0.45毫摩尔之间。
本发明同时还公开了一种分析多壁碳纳米管生物相容性的方法，即通过测定不同修饰纳米材料的蛋白结合能力、细胞毒性及免疫反应，将其各种指标进行综合排序，从而筛选出生物相容性最好的纳米材料。
通过组合化学方法用于纳米材料的修饰以及分析多壁碳纳米管表面结构与生物相容性的构效关系，使我们在得到较好生物相容性纳米材料的同时可以基本知晓表面修饰对生物相容性影响的趋势，以此可以帮助和指导我们设计新的表面化学修饰基团来进一步改善碳纳米管生物相容性。
上述方法也同样适用于单壁碳纳米管的化学基团修饰。
本发明所述表面化学基团修饰的碳纳米管化合物在制备分子探针、药物载体、成像试剂或DNA调节剂中的应用。
利用本发明所述的方法将获得的生物相容性好、毒性低、最具潜力的先导碳纳米管化合物可以用于制备分子探针、药物载体、成像试剂或DNA调节剂等医学及生物材料。或者本发明所述的方法被用来进一步筛选具有生物兼容性、药物传输性以及特异蛋白结合与识别能力的纳米材料，具有广泛的市场应用前景。
附图说明
图1部分化学基团修饰后的多壁碳纳米管红外谱图。
图2部分化学基团修饰后多壁碳纳米管透射电镜图(图中标尺长度代表100nm)。
图3不同化学基团修饰的多壁碳纳米管与四种代表性结合蛋白的实验(图中F0/F表示结合后蛋白荧光强度的淬灭倍数，BSA-牛血清蛋白，carbonic anhydrase-碳酸基酶，chymotrypsin-胃凝乳蛋白酶，hemoglobin-血红蛋白)。
图4不同化学基团修饰的多壁碳纳米管的细胞毒性和免疫反应实验。
图5不同化学基团修饰的多壁碳纳米管多类筛选积分(Multi-assay score)分析。
具体实施方式
下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应当理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明要求保护的范围。
合成化合物表征使用的仪器：红外光谱，Nicolet 380 FTIR(Medison，WI)；元素分析仪，VarioEL III analyzer(Elementar Analysensysteme GmbH，Gemany)；计算分子特性，Accelrys(San Diego，CA)以及Pipeline Pilot SciTegic(San Diego，CA)；平行合成仪，智诚ZHWY-113H40高通量平行合成仪(上海，中国)。
生物筛选使用的仪器：Hitachi F-4500荧光分光光度计(Hitachi Co.Ltd.，Tokyo，Japan)；Model 4700 Proteomics Analyzer(Applied Biosystems，Foster City，CA)；HF90 CO2cell incubator(Heal Force，Hongkong)；Heal Force safe-1200(Heal Force，Hongkong)；倒置荧光显微镜(IX71，Olympus，Japan)；Inverted microscope CKX31(Olympus，Japan)；生物显微镜(CX21，Olympus，Japan)；Miroplate Reader(Bio-rad，America)；超低温冰箱(Thermo electron，America)
实施例1
羧基化多壁碳纳米管(MWNT-COOH，2#)的制备
将10.0克p-MWNT分散于150毫升H2O2/H2SO4(v/v＝1:3)混合液中，于60℃条件下超声2小时。冷却后，将反应液分散于500毫升去离子水中，于4500rpm转速离心30分钟，弃去上清，将所得沉淀用去离子水洗涤5次。所得产物于65℃条件下真空干燥过夜。将上速过程所得产物于冰浴搅拌长期保持下缓慢倒入150毫升HNO3/H2SO4(v/v＝1:3)混合液中，将反应液缓慢升温至60℃并超声3小时。冷却后，将反应液分散于500毫升去离子水中，于4500rpm转速离心30分钟，弃去上清，将所得沉淀用去离子水洗涤5次至滤液pH接近中近为止，所得产物于65℃条件下真空干燥24小时，得到羧基化多壁碳纳米管。FTIR显示产物于1713cm-1有很强的羰基峰出现。TEM未见多壁碳纳米管形态明显变化。元素分析显示与p-MWNT相比，产物碳元素含量明显降低，但氮元素含量无变化。
实施例2
酪氨酸修饰多壁碳纳米管(MWNT-Fmoc-Tyr-COOH，3#)的制备
将7.0克MWNT-COOH于冰浴条件下缓慢倒入120毫升氯化亚砜溶液中，同时加入催化剂量的N，N-二甲基甲酰胺。加入完毕后撤去冰浴，将反应液于氮气保护下缓慢升温至沸腾，并在此条件下反应18小时。反应完毕后将反应液降至室温，减压去除氯化亚砜。将中间体分散于无水四氢呋喃中，真空干燥以去除痕量残留氯化亚砜。中间体于65℃条件下真空干燥过夜备用。
将中间体分散于70毫升无水N，N—二甲基乙酰胺中，搅拌条件下向反应液中加入7.0克Fmoc保护的酪氨酸和5.0毫升吡啶。反应液于50℃并且氮气保护条件下搅拌36小时。反应完毕后，将反应液置于离心管中，于4500rpm离心2小时，沉淀用乙醇和水轮流洗涤来除去副产物，所得产物于65℃真空干燥过夜。产物FTIR和TEM未见明显变化，但元素分析氮含量有显著提高，由此计算其酪氨酸含量为0.45±0.006毫摩尔每克。
实施例3
丁胺取代酪氨酸修饰多壁碳纳米管(MWNT-Fmoc-Tyr-Am001，5#)的制备
将1.0克MWNT-Fmoc-Tyr-COOH于冰浴条件下缓慢倒入15.0毫升氯化亚砜溶液中，同时加入500微升N，N-二甲基甲酰胺。加入完毕后撤去冰浴，将反应液于氮气保护下缓慢升温至沸腾，并在此条件下反应18小时。反应完毕后将反应液降至室温，于4500rpm离心以除去氯化亚砜，沉淀用无水四氢呋喃洗涤5次除去痕量氯化亚砜。中间体于65℃条件下真空干燥过夜备用。
将中间体加入8.0毫升无水N，N—二甲基乙酰胺中，超声30分种来形成均匀的分散体系。搅拌条件下向反应液中加入2.5毫升丁胺(Am001)和1.0毫升吡啶。反应液于50℃并且氮气保护条件下搅拌24小时。反应完毕后，将反应液置于离心管中，于4500rpm离心2小时，沉淀用乙醇和水轮流洗涤来除去副产物，所得产物于65℃真空干燥过夜。FTIR在2924和2843cm-1处甲基、亚甲基吸收峰明显增强，同时1707cm-1处羧基的羰基峰明显减弱，指示反应的成功。TEM未见明显的形态变化。由于正丁胺的加入，元素分析氮含量有所提高，由此计算其小分子含量为0.31±0.001毫摩尔每克。(含量略低于酪氨酸含量因为反应转化率不可能为100％，下同。)
实施例4
苯胺取代酪氨酸修饰多壁碳纳米管(MWNT-Fmoc-Tyr-Am005，8#)的制备
制备方法类似于实施例3中多壁碳纳米管的制备。所用的有机胺为苯胺(Am005)。TEM未见明显的形态变化。由于苯胺的加入，元素分析氮含量有所提高，由此计算其小分子含量为0.29±0.001毫摩尔每克。
实施例5
丁胺取代去Fmoc保护酪氨酸修饰多壁碳纳米管(MWNT-Tyr-Am001，13#)的制备
1.0克MWNT-Fmoc-Tyr-Am001超声分散于30毫升哌啶/N，N-二甲基甲酰胺(v/v，1:4)溶合液中，反应液于50℃搅拌2小时以除去Fmoc保护基团。反应完毕后，将反应液置于离心管中，于4500rpm离心30分钟，沉淀用乙醇和水轮流洗涤来除去副产物，所得产物于60℃真空干燥过夜。产物TEM未见明显的形态变化。元素分析由氮含量计算其小分子含量为0.41±0.005毫摩尔每克。
实施例6
苯胺取代去Fmoc保护酪氨酸修饰多壁碳纳米管(MWNT-Tyr-Am005，16#)的制备
制备方法类似于实施例5中多壁碳纳米管的制备。产物TEM未见明显的形态变化。元素分析由氮含量计算其小分子含量为0.36±0.001毫摩尔每克。
实施例7
3-三氟甲基苯胺取代去Fmoc保护酪氨酸修饰多壁碳纳米管(MWNT-Tyr-Am008，19#)的制备
制备方法类似于实施例5中多壁碳纳米管的制备。产物TEM未见明显的形态变化。元素分析由氮含量计算其小分子含量为0.35±0.001毫摩尔每克。
实施例8
丁胺、苯磺酰基取代酪氨酸修饰多壁碳纳米管(MWNT-Tyr-Am001-Ac006，26#)的制备
100毫克MWNT-Tyr-Am001超声分散于5毫升无水四氢呋喃中，加入500毫克苯磺酰氯和300微升吡啶作为缚酸剂。加入完毕后反应液升温至60℃搅拌24小时。反应产物用0.22微米Teflon微孔滤膜真空抽滤，滤渣用乙醇和水轮流洗涤。所得产物于60℃真空干燥24小时。产物TEM未见明显的形态变化。元素分析由氮含量计算其小分子含量为0.32±0.002毫摩尔每克。
实施例9
丁胺、3-硝基苯磺酰基取代酪氨酸修饰多壁碳纳米管(MWNT-Tyr-Am001-Ac008，28#)的制备
制备方法类似于实施例8中多壁碳纳米管的制备。元素分析由氮含量计算其小分子含量为0.22±0.004毫摩尔每克。
实施例10
二丁胺、苯甲酰基取代酪氨酸修饰多壁碳纳米管(MWNT-Tyr-Am002-Ac002，30#)的制备
制备方法类似于实施例8中多壁碳纳米管的制备。产物TEM未见明显的形态变化。
实施例11
环己基胺、3-硝基苯甲酰基取代酪氨酸修饰多壁碳纳米管(MWNT-Tyr-Am003-Ac004，40#)的制备
制备方法类似于实施例8中多壁碳纳米管的制备。
实施例12
苯胺、4-氯苯甲酰基取代酪氨酸修饰多壁碳纳米管(MWNT-Tyr-Am004-Ac005，49#)的制备
制备方法类似于实施例8中多壁碳纳米管的制备。
实施例13
苯胺、苯磺酰基取代酪氨酸修饰多壁碳纳米管(MWNT-Tyr-Am004-Ac006，50#)的制备
制备方法类似于实施例8中多壁碳纳米管的制备。产物TEM未见明显的形态变化。元素分析由氮含量计算其小分子含量为0.28±0.001毫摩尔每克。
实施例14
苯胺、对甲苯磺酰基取代酪氨酸修饰多壁碳纳米管(MWNT-Tyr-Am004-Ac007，51#)的制备
制备方法类似于实施例8中多壁碳纳米管的制备。产物TEM未见明显的形态变化。元素分析由氮含量计算其小分子含量为0.29±0.007毫摩尔每克。
实施例15
苯甲胺、4-氯苯甲酰基取代酪氨酸修饰多壁碳纳米管(MWNT-Tyr-Am005-Ac005，57#)的制备
制备方法类似于实施例8中多壁碳纳米管的制备。
实施例16
环戊胺、4-氯苯甲酰基取代酪氨酸修饰多壁碳纳米管(MWNT-Tyr-Am006-Ac005，65#)的制备
制备方法类似于实施例8中多壁碳纳米管的制备。
实施例17
4-乙氧基羰基苯胺、3-硝基苯甲酰基取代酪氨酸修饰多壁碳纳米管(MWNT-Tyr-Am007-Ac004，72#)的制备
制备方法类似于实施例8中多壁碳纳米管的制备。产物TEM未见明显的形态变化。元素分析由氮含量计算其小分子含量为0.20±0.001毫摩尔每克。
实施例18
4-乙氧基羰基苯胺、4-氯苯甲酰基取代酪氨酸修饰多壁碳纳米管(MWNT-Tyr-Am007-Ac005，73#)的制备
制备方法类似于实施例8中多壁碳纳米管的制备。产物FTIR在1787cm-1处出现新的羰基吸收峰，说明多壁碳纳米管表面酯基的存在。元素分析由氮含量计算其小分子含量为0.31±0.001毫摩尔每克。
实施例1～18涉及化合物的结构式总结如下(表1为实施例1-18碳纳米管表面修饰化学基团的元素分析结果)：
表1 实施例1-18碳纳米管表面修饰化学基团的元素分析结果
| 碳纳米管编号 | C(％) | H(％) | N(％) | 载量(mmol/g) |
| 1# | 95.8±0.070 | 0.18±0.011 | 0.09±0.009 | |
| 2# | 88.7±0.290 | 0.80±0.015 | 0.12±0.011 | |
| 3# | 90.7±0.200 | 1.00±0.014 | 0.63±0.008 | 0.45±0.006 |
| 5# | 93.0±0.080 | 0.79±0.051 | 0.87±0.004 | 0.31±0.001 |
| 8# | 93.0±0.060 | 0.76±0.014 | 0.82±0.004 | 0.29±0.001 |
| 11# | 91.6±0.130 | 0.81±0.006 | 0.81±0.004 | 0.29±0.001 |
| 13# | 92.3±0.080 | 0.92±0.030 | 1.15±0.013 | 0.41±0.005 |
| 16# | 92.9±0.040 | 0.80±0.016 | 1.01±0.003 | 0.36±0.001 |
| 19# | 92.2±0.070 | 0.83±0.004 | 0.97±0.002 | 0.35±0.001 |
| 26# | 92.9±0.140 | 0.80±0.017 | 0.90±0.006 | 0.32±0.002 |
| 28# | 91.8±0.205 | 0.84±0.046 | 0.92±0.011 | 0.22±0.004 |
| 50# | 92.5±0.010 | 0.82±0.027 | 0.77±0.002 | 0.28±0.001 |
| 51# | 92.8±0.100 | 0.81±0.060 | 0.75±0.020 | 0.29±0.007 |
| 72# | 91.6±0.025 | 0.84±0.004 | 0.84±0.003 | 0.20±0.001 |
| 76# | 91.2±0.005 | 0.82±0.012 | 0.88±0.004 | 0.31±0.001 |
实施例1～18涉及化合物的结构式如下：
实施例1 实施例2 实施例3 实施例4
实施例5 实施例6 实施例7
实施例8 实施例9 实施例10
实施例11 实施例12 实施例13
实施例14 实施例15 实施例16
实施例17 实施例18
实施例19
不同化学修饰多壁碳纳米管与四种代表性结合蛋白的实验
选取了四种不同功能蛋白作为代表，分别是牛血清蛋白(BSA)、碳酸基酶(carbonicanhydrase)、胃凝乳蛋白酶(chymotrypsin)和血红蛋白(hemoglobin)来进行蛋白结合实验。
蛋白结合能力通过稳态荧光光谱法进行测试，荧光的淬灭(图中用F0/F表示)，即指示蛋白与碳纳米管的相互作用情况。
实验结果表明，与前体多壁碳纳米管2#相比，表面多样性化学修饰可以很好地调节碳纳米管的蛋白结合能力(见图3)，通过分析发现所有包含酰氯AC005反应单元的碳纳米管都表现了较低的蛋白结合能力。
蛋白结合能力还可以通过将碳纳米管与蛋白溶液混合，用肉眼观察超声分散结果的方法定性获得，因为蛋白的结合可能使在其它条件下不溶解的碳纳米管变得可溶(Matsuura，K.et al.Chem.Phys.Lett.2006，429,497-502.)。将修饰后的碳纳米管在包含10％加热灭活的马血清的细胞培养液中孵育后，经过3分钟超声，除了功能化碳纳米管18#，25#，41#，57#和73#外，所有产物均形成均一的悬浊液，其低溶解性来源于低的蛋白结合能力。
实施例20
不同化学修饰多壁碳纳米管的细胞毒性和免疫反应实验
蛋白结合能力的变化极有可能会引起细胞功能的变化，比如细胞成活率和免疫反应。将悬浮生长的单核细胞THP-1孵育于96孔板中，经50ng/mL的PMA(Phorbol12-myristate 13-acetate)诱导分化成48小时为贴壁生长的类巨噬细胞，通过其贴壁生长的性质来检测试验进行。由于碳纳米管对MTT检测方法的干扰，采用WST-1方法(检测线粒体脱氢酶活性)检测f-MWNT库的巨噬细胞毒性(见图4a.，4b.)。结果显示与作为前体的碳纳米管2#相比，不同的表面修饰的碳纳米管表现了不同的细胞毒性，一些碳纳米管在低浓度和高浓度作用剂量时都表现较高的细胞活性。
活化的巨噬细胞能够吞噬异物并分泌NO等炎症因子。为评价碳纳米管的炎症反应，将功能化的碳纳米管与100ng/mL的LPS(Lipopolysaccharide)活化的巨噬细胞共孵育24小时，用亚硝酸盐作为NO产生的检测标志物来测定其浓度。与LPS作用的阳性对照比，33种功能化碳纳米管在50mg/mL的低作用剂量下即可诱导NO的生成(图4c.)。图4d.显示的是200mg/mL的高作用剂量NO生成的实验结果，仍有6种碳纳米管诱导产生的NO与阳性对照相似或更低。
实施例21
不同化学修饰多壁碳纳米管多类筛选积分(Multi-assay score)分析
为了选择最合适的先导碳纳米管化合物，根据蛋白结合实验、NO生成量和细胞毒性实验结果进行了综合筛选(见图5)，从低到高的排序，较小的排序意味着该碳纳米管有较低的蛋白结合能力、较低的细胞毒性和较低的NO生成量，并把所有排序的加和定义为多类筛选积分(Multi-assay score)。所以较低的积分意味着该碳纳米管有较好的生物相容性。如功能化碳纳米管40#，57#，49#和65#拥有最低的积分，它们是生物相容性好、毒性低、最具潜力的先导碳纳米管化合物。
实施例22
利用实施例21获得的生物相容性好、毒性低、最具潜力的先导碳纳米管化合物40#，57#，49#和65#可以以公知的制药方式用于制备分子探针、药物载体、成像试剂或DNA调节剂等医学及生物材料。
Claims (6)
1.一类表面化学基团修饰的碳纳米管化合物，其化学结构如通式(I)或(II)所示：
其中：
CNT表示碳纳米管，为单壁碳纳米管(SWNT)或多壁碳纳米管(MWNT)；
X选自氧(O)、硫(S)或氮氢(NH)；
Y选自羰基(CO)或磺酰基(SO2)；
R1或R2各自独立地选自取代或未取代的C1-C6烷基、取代或未取代的C1-C6不饱和烃基、取代或未取代的C3-C8环烷基、取代或未取代的芳基、取代或未取代的芳烷基、取代或未取代的杂芳基、取代或未取代的5-7元杂芳烷基、或者取代或未取代的5-7元杂环基；
R1’独立地选自氢，或R1或R2所述的各自独立的所选基团；当R1独选自氢时，通式(II)等同于通式(I)。
2.按照权利要求1所述的化合物，其特征是：所述芳基或芳烷基中的芳基独立地选自取代或未取代的苯基、取代或未取代的萘基、或者取代或未取代的联苯基；所述5-7元杂芳基或5-7元杂环基含有1-3个氧、硫或氮的杂原子，并任选地被苯基合并和/或一个或多个取代基所取代；其中所述取代基选自卤素、C1-C6直链或支链饱和或不饱和烃基、氰基、硝基、氨基、氨基甲酰基、氨磺酰基、羟基、羟甲基、脲基、硫脲基、N-(C1-C6烷基)氨基、N，N-(C1-C6烷基)2氨基、三氟甲基、三氟甲氧基、羧基、C1-C6烷氧基、巯基、C1-C6酰基、C1-C6烷酰氧基、C1-C6烷酰基氨基、N-(C1-C6烷基)脲基、N-(C1-C6烷基)硫脲基、C1-C6烷氧基羰基、N-(C1-C6烷基)氨磺酰基、N，N-(C1-C6烷基)2氨磺酰基、C1-C6烷基磺酰基氨基、N-(C1-C6烷基)氨基甲酰基、N，N-(C1-C6烷基)2氨基甲酰基、苄基、苄氧基羰基、苯甲酰基或苯基磺酰基。
3.按照权利要求1所述的化合物，其特征是：
所述R1选自如下结构的基团之一：
所述R2选自如下结构的基团之一：
4.按照权利要求3所述的化合物，其特征是：
所述表面化学基团修饰的碳纳米管化合物是如下化学结构式的化合物之一：
5.按照权利要求4所述的化合物，其特征是：
所述表面化学基团修饰的碳纳米管化合物是如下化学结构式的化合物之一：
6.权利要求1～5中任意一项所述的化合物在制备分子探针、药物载体、成像试剂或DNA调节剂中的应用。
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Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102626527A (zh) * | 2012-04-09 | 2012-08-08 | 天津师范大学 | Nh2+离子注入的多壁碳纳米管及其制备方法与应用 |
| CN103196965A (zh) * | 2013-03-18 | 2013-07-10 | 北京科技大学 | 一种制备碳纳米管复合导电水凝胶涂层修饰电极的方法 |
| CN107235482A (zh) * | 2016-03-28 | 2017-10-10 | 中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所 | 表面洁净无分散剂的单壁碳纳米管的制备方法 |
| CN111727061A (zh) * | 2017-12-15 | 2020-09-29 | 国立研究开发法人产业技术总合研究所 | 修饰碳纳米材料、纳米簇、物质递送载体及药物组合物 |
| CN116136067A (zh) * | 2022-12-29 | 2023-05-19 | 杭州幄肯新材料科技有限公司 | 一种碳陶刹车盘的制备方法 |
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Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102626527A (zh) * | 2012-04-09 | 2012-08-08 | 天津师范大学 | Nh2+离子注入的多壁碳纳米管及其制备方法与应用 |
| CN103196965A (zh) * | 2013-03-18 | 2013-07-10 | 北京科技大学 | 一种制备碳纳米管复合导电水凝胶涂层修饰电极的方法 |
| CN103196965B (zh) * | 2013-03-18 | 2016-01-20 | 北京科技大学 | 一种制备碳纳米管复合导电水凝胶涂层修饰电极的方法 |
| CN107235482A (zh) * | 2016-03-28 | 2017-10-10 | 中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所 | 表面洁净无分散剂的单壁碳纳米管的制备方法 |
| CN111727061A (zh) * | 2017-12-15 | 2020-09-29 | 国立研究开发法人产业技术总合研究所 | 修饰碳纳米材料、纳米簇、物质递送载体及药物组合物 |
| CN116136067A (zh) * | 2022-12-29 | 2023-05-19 | 杭州幄肯新材料科技有限公司 | 一种碳陶刹车盘的制备方法 |
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