CN102329438A - 磁性壳聚糖/掺杂稀土复合微粒及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及磁性壳聚糖/掺杂稀土复合微粒及其制备方法。磁性壳聚糖/掺杂稀土复合微粒的组成为：壳聚糖与Fe₃O₄（以铁计）的重量比为20:1～1:5；掺杂稀土化合物（以La计）与壳聚糖的重量比为2:100～50:100；掺杂稀土化合物分别为LaF₃掺杂Eu及LaF₃掺杂Ce³⁺和Tb³⁺。其制备方法：先分别制备磁性壳聚糖（Fe₃O₄/CS）和掺杂稀土化合物，然后用反相微乳液法，通过离子交联制备出磁性壳聚糖/掺杂稀土复合微粒。本发明的制备方法简单。得到的复合微粒具有较好的磁响应性与荧光特性，生物相容性好，毒性低，可作为多功能生物标记探针用于核磁共振成像与荧光成像，在靶向药物、酶的固定化、生物分子测定、细胞的分离等领域有广泛的应用。

Description

磁性壳聚糖 / 掺杂稀土复合微粒及其制备方法

技术领域

本发明涉及磁性壳聚糖/掺杂稀土复合微粒及其制备方法，属于生物标记领域。

背景技术

具有很好的磁响应性与荧光特性的多功能纳米微粒在靶向药物、酶的固定化、生物分子测定、细胞的分离、核磁共振成像与荧光成像等领域有广泛的应用前景，是近年来的研究热点。已经报道的有Fe₃O₄-量子点、Fe₃O₄-有机染料、Fe₃O₄-稀土等复合微粒，一般都是先制备Fe₃O₄及量子点等纳米微粒，然后用SiO₂或高分子材料包覆，再在包覆层通过化学反应引入活性基团进行改性，提高其生物相容性，与其他物质连接。

掺杂稀土发光纳米微粒作为荧光标记材料具有一系列突出的优点，如毒性低、化学稳定性好、发光强度高而稳定、Stokes位移大和抗光漂白等，不但能克服有机类发光标记物质稳定性差的缺点，还能有效地解决量子点的细胞毒性和光闪烁问题。掺杂稀土发光纳米微粒在生物学领域应用已受到重视。

Fe₃O₄具有较好的磁响应性，无毒副作用，在体内循环时间较长，其在细胞分离、靶向载药、磁共振成像、肿瘤磁介导热疗等方面有着广泛的应用。

壳聚糖是甲壳素的脱乙酰产物，甲壳素是自然界储量第二，仅次于纤维素的生物大分子。壳聚糖的生物相容性好，无毒副作用，在体内的降解产物也无毒无害。壳聚糖分子中含有的-NH₂和-OH基团使其易于进行改性，与其他物质连接。

荧光成像和核磁共振成像是生物、医药领域重要的技术。磁性壳聚糖/掺杂稀土复合微粒通过壳聚糖将Fe₃O₄与稀土掺杂发光纳米微粒结合于一体，具有很好的磁响应性与荧光特性，生物相容性好，毒性低，可作为多功能生物标记探针用于核磁共振成像与荧光成像，在靶向药物、酶的固定化、生物分子测定、细胞的分离等领域有广泛的应用。目前未见有相关研究报道。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供磁性壳聚糖/掺杂稀土复合微粒及其制备方法。

本发明的磁性壳聚糖/掺杂稀土复合微粒由磁性壳聚糖和掺杂稀土复合而成，其中，磁性壳聚糖是壳聚糖与Fe₃O₄的复合物，磁性壳聚糖中壳聚糖与Fe₃O₄中铁的重量比为20:1～1:5； 掺杂稀土由LaF₃和EuF₃组成，EuF₃的摩尔百分数为30-60%，或者掺杂稀土由LaF₃、CeF₃和TbF₃组成，CeF₃的摩尔百分数为30-60%，TbF₃的摩尔百分数为5-30%；

复合微粒中La与壳聚糖的重量比为2:100～50:100。

复合微粒的制备方法是：在水相中先分别制备磁性壳聚糖和掺杂稀土化合物，然后用反相微乳液法，通过离子交联制备出磁性壳聚糖/掺杂稀土复合微粒。

本发明制备方法具体如下：

1．在水相中先分别制备磁性壳聚糖和掺杂稀土化合物，磁性壳聚糖中，壳聚糖与Fe₃O₄中铁的重量比为20:1～1:5；所制得掺杂稀土由LaF₃和EuF₃组成，EuF₃的摩尔百分数为30-60%，或者掺杂稀土由LaF₃、CeF₃和TbF₃组成，CeF₃的摩尔百分数为30-60%，TbF₃的摩尔百分数为5-30%；

2．将磁性壳聚糖和掺杂稀土化合物分散于去离子水中，分别与表面活性剂、有机溶剂混合得到磁性壳聚糖微乳液和掺杂稀土化合物微乳液；

3．磁性壳聚糖微乳液和掺杂稀土化合物微乳液按比例混合，稀土掺杂物中La与壳聚糖的重量比为2:100～50:100，室温搅拌3h；

4．离心分离沉淀，沉淀分散于去离子水中，加入少量壳聚糖溶液，搅拌均匀，再加入离子交联剂溶液，搅拌均匀，得到磁性壳聚糖/掺杂稀土复合微粒。

所述表面活性剂为十六烷基溴化铵。

所述有机溶剂为正己烷和正戊醇混合物。

所述离子交联剂为三聚磷酸钠。

该复合微粒通过壳聚糖将Fe₃O₄与稀土掺杂发光纳米微粒结合于一体，具有很好的磁响应性与荧光特性，保留了壳聚糖生物相容性好，毒性低，易于进行改性，与其他物质连接等优点。可作为多功能生物标记探针用于核磁共振成像与荧光成像，在靶向药物、酶的固定化、生物分子测定、细胞的分离等领域有广泛的应用；制备方法简便易行、条件温和、无毒。

附图说明

图1实施例1所制得Fe₃O₄/CS/ LaF₃：Ce³⁺，Tb³⁺/CS复合微粒在磁场作用下表现（紫外灯下）。

图2实施例1所制得复合微粒荧光光谱图（激发波长λ=290nm)。

图3实施例2所制得复合微粒在磁场作用下表现（紫外灯下）。

图4实施例2所制得复合微粒荧光光谱（激发波长λ=397nm)。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明作进一步的说明，但不限制实施例。

实施例1

称取0.2377g(0.64mmol)LaC1₃·7H₂O，0.2682g(0.72mmol)CeCl₃·7H₂O，0.0896g(0.24

mmol)TbCl₃·6H₂O于烧杯中，分别加入3.2mL、3.6mL、1.2mL去离子水溶解，所得溶液依次加入三口烧瓶中(边加边搅拌)，取32mL去离子水加入三口烧瓶中，充分搅拌。在混合溶液中加入10mL NH₄F溶液(0.222gNH₄F，10mL去离子水)，加热到70℃，保温2h，反应过程中持续进行搅拌。反应结束后，将所得样品离心分离，水洗，室温保存。

将壳聚糖加入0.25%（V/V）醋酸溶液，配成200mL0.25%（W/V）的壳聚糖醋酸溶液，加入到500mL三口烧瓶中，超声并通入氮气30min，加入44mL铁溶液(FeCl₃·6H₂O 7.2g，FeCl₂·4H₂O 2.92g)搅拌1h，40℃下，缓慢滴加40mL28%氨水，快速搅拌，反应20min后，升温到60℃滴加6.6mL环氧氯丙烷，反应5h，冷却后水洗至中性，用0.5%HAc溶液浸泡20min(两次)，磁分离，水洗至中性，保存备用。

取十六烷基溴化铵（CTAB）(0.39g)，正己烷(20mL)，正戊醇(2mL)混合搅拌均匀(20min)，得溶液A，同样操作制备另一份溶液B。取0.15mL0.3%（W/V）的磁性壳聚糖溶液加入到溶液A中形成微乳体系A，0.75mL0.19mol/L LaF₃:Ce³⁺，Tb³⁺溶液加入到溶液B中形成微乳体系B，将两份微乳液A、B超声15min。将乳液B在搅拌下缓慢滴加到乳液A中，室温搅拌3h。反应结束后，离心分离沉淀（Fe₃O₄/CS/LaF₃:Ce³⁺，Tb³⁺），沉淀分散于去离子水中，室温保存。取1mL 37.85g/L Fe₃O₄/CS/LaF₃:Ce³⁺，Tb³⁺溶液，加入0.12mL2%壳聚糖溶液，搅拌5min。加入0.03mL0.3mol/L的三聚磷酸钠溶液，室温搅拌15min。磁性分离，水洗两次，所得复合微粒分散于去离子水中，室温保存。所得产品表现出良好的磁响应性与荧光特性。

实施例2

称量0.7056g(0.0019mol)LaCl₃·7H₂O，0.6963g(0.0019mol)EuCl₃·6H₂O于烧杯中，加入25mL去离子水溶解，转移至三口瓶中，搅拌5min。然后加入10mLNH₄F溶液(0.2109gNH₄F，10mL去离子水)，并将混合液加热到75℃，保温2h，反应过程中持续进行搅拌。反应结束后，将所得样品离心分离，水洗，室温保存。

将壳聚糖加入0.25%（V/V）醋酸溶液，配成200mL0.25%（W/V）的壳聚糖醋酸溶液，加入到500mL三口烧瓶中，超声并通入氮气30min，加入44mL铁溶液(FeCl₃·6H₂O 7.2g，FeCl₂·4H₂O 2.92g)搅拌1h，40℃下，缓慢滴加40mL28%氨水，快速搅拌，反应20min后，升温到60℃滴加6.6mL环氧氯丙烷，反应5h，冷却后水洗至中性，用0.5%HAc溶液浸泡20min(两次)，磁分离，水洗至中性，保存备用。

取十六烷基溴化铵（CTAB）(0.39g)，正己烷(20mL)，正戊醇(2mL)混合搅拌均匀(20min)，得溶液A，同样操作制备另一份溶液B。取0.24mL 1%（W/V）的磁性壳聚糖溶液加入到溶液A中形成微乳体系A，1.92mL0.38mol/L LaF₃:Eu³⁺溶液加入到溶液B中形成微乳体系B，将两份微乳液A、B超声15min。将乳液B在搅拌下缓慢滴加到乳液A中，室温搅拌3h。反应结束后，离心分离沉淀（Fe₃O₄/CS/LaF₃:Eu³⁺)，沉淀分散于去离子水中，室温保存。取1.5mL19.46g/L Fe₃O₄/CS/LaF₃:Eu³⁺溶液，加入0.25mL2%（W/V）壳聚糖溶液，搅拌5min。加入0.03mL0.3mol/L的三聚磷酸钠溶液，室温搅拌15min。磁性分离，水洗两次，所得复合微粒分散于去离子水中，室温保存。所得产品表现出良好的磁响应性与荧光特性。

实施例3

称取0.1857g(0.50mmol)LaC1₃·7H₂O，0.3576g(0.96mmol)CeCl₃·7H₂O，0.0523g(0.14

mmol)TbCl₃·6H₂O于烧杯中，分别加入3.2mL、3.6mL、1.2mL去离子水溶解，所得溶液依次加入三口烧瓶中(边加边搅拌)，取32mL去离子水加入三口烧瓶中，充分搅拌。在混合溶液中加入10mL NH₄F溶液(0.222gNH₄F，10mL去离子水)，加热到70℃，保温2h，反应过程中持续进行搅拌。反应结束后，将所得样品离心分离，水洗，室温保存。

将壳聚糖加入0.25%（V/V）醋酸溶液，配成200mL0.25%（W/V）的壳聚糖醋酸溶液，加入到500mL三口烧瓶中，超声并通入氮气30min，加入44mL铁溶液(FeCl₃·6H₂O 0.72g，FeCl₂·4H₂O 0.29g)搅拌1h，40℃下，缓慢滴加40mL28%氨水，快速搅拌，反应20min后，升温到60℃滴加6.6mL环氧氯丙烷，反应5h，冷却后水洗至中性，用0.5%HAc溶液浸泡20min(两次)，磁分离，水洗至中性，保存备用。

取十六烷基溴化铵（CTAB）(0.39g)，正己烷(20mL)，正戊醇(2mL)混合搅拌均匀(20min)，得溶液A，同样操作制备另一份溶液B。取0.15mL0.3%（W/V）的磁性壳聚糖溶液加入到溶液A中形成微乳体系A，0.75mL0.19mol/L LaF₃:Ce³⁺，Tb³⁺溶液加入到溶液B中形成微乳体系B，将两份微乳液A、B超声15min。将乳液B在搅拌下缓慢滴加到乳液A中，室温搅拌3h。反应结束后，离心分离沉淀（Fe₃O₄/CS/LaF₃:Ce³⁺，Tb³⁺），沉淀分散于去离子水中，室温保存。取1mL 37.85g/L Fe₃O₄/CS/LaF₃:Ce³⁺，Tb³⁺溶液，加入0.12mL2%壳聚糖溶液，搅拌5min。加入0.03mL0.3mol/L的三聚磷酸钠溶液，室温搅拌15min。磁性分离，水洗两次，所得复合微粒分散于去离子水中，室温保存。

实施例4

称取0.2377g(0.64mmol)LaC1₃·7H₂O，0.2682g(0.72mmol)CeCl₃·7H₂O，0.0896g(0.24

mmol)TbCl₃·6H₂O于烧杯中，分别加入3.2mL、3.6mL、1.2mL去离子水溶解，所得溶液依次加入三口烧瓶中(边加边搅拌)，取32mL去离子水加入三口烧瓶中，充分搅拌。在混合溶液中加入10mL NH₄F溶液(0.222gNH₄F，10mL去离子水)，加热到70℃，保温2h，反应过程中持续进行搅拌。反应结束后，将所得样品离心分离，水洗，室温保存。

将壳聚糖加入0.25%（V/V）醋酸溶液，配成200mL0.25%（W/V）的壳聚糖醋酸溶液，加入到500mL三口烧瓶中，超声并通入氮气30min，加入44mL铁溶液(FeCl₃·6H₂O 7.2g，FeCl₂·4H₂O 2.92g)搅拌1h，40℃下，缓慢滴加40mL28%氨水，快速搅拌，反应20min后，升温到60℃滴加6.6mL环氧氯丙烷，反应5h，冷却后水洗至中性，用0.5%HAc溶液浸泡20min(两次)，磁分离，水洗至中性，保存备用。

取十六烷基溴化铵（CTAB）(0.39g)，正己烷(20mL)，正戊醇(2mL)混合搅拌均匀(20min)，得溶液A，同样操作制备另一份溶液B。取0.15mL0.3%（W/V）的磁性壳聚糖溶液加入到溶液A中形成微乳体系A，0.40mL0.19mol/L LaF₃:Ce³⁺，Tb³⁺溶液加入到溶液B中形成微乳体系B，将两份微乳液A、B超声15min。将乳液B在搅拌下缓慢滴加到乳液A中，室温搅拌3h。反应结束后，离心分离沉淀（Fe₃O₄/CS/LaF₃:Ce³⁺，Tb³⁺），沉淀分散于去离子水中，室温保存。取1mL 37.85g/L Fe₃O₄/CS/LaF₃:Ce³⁺，Tb³⁺溶液，加入0.12mL2%壳聚糖溶液，搅拌5min。加入0.03mL0.3mol/L的三聚磷酸钠溶液，室温搅拌15min。磁性分离，水洗两次，所得复合微粒分散于去离子水中，室温保存。

实施例5

称量0.8913g(0.0024mol)LaCl₃·7H₂O，0.5131g(0.0014mol)EuCl₃·6H₂O于烧杯中，加入25mL去离子水溶解，转移至三口瓶中，搅拌5min。然后加入10mLNH₄F溶液(0.2109gNH₄F，10mL去离子水)，并将混合液加热到75℃，保温2h，反应过程中持续进行搅拌。反应结束后，将所得样品离心分离，水洗，室温保存。

将壳聚糖加入0.25%（V/V）醋酸溶液，配成200mL0.25%（W/V）的壳聚糖醋酸溶液，加入到500mL三口烧瓶中，超声并通入氮气30min，加入44mL铁溶液(FeCl₃·6H₂O 0.72g，FeCl₂·4H₂O 0.29g)搅拌1h，40℃下，缓慢滴加40mL28%氨水，快速搅拌，反应20min后，升温到60℃滴加6.6mL环氧氯丙烷，反应5h，冷却后水洗至中性，用0.5%HAc溶液浸泡20min(两次)，磁分离，水洗至中性，保存备用。

取十六烷基溴化铵（CTAB）(0.39g)，正己烷(20mL)，正戊醇(2mL)混合搅拌均匀(20min)，得溶液A，同样操作制备另一份溶液B。取0.24mL 1%（W/V）的磁性壳聚糖溶液加入到溶液A中形成微乳体系A，1.92mL0.76mol/L LaF₃:Eu³⁺溶液加入到溶液B中形成微乳体系B，将两份微乳液A、B超声15min。将乳液B在搅拌下缓慢滴加到乳液A中，室温搅拌3h。反应结束后，离心分离沉淀（Fe₃O₄/CS/LaF₃:Eu³⁺)，沉淀分散于去离子水中，室温保存。取1.5mL19.46g/L Fe₃O₄/CS/LaF₃:Eu³⁺溶液，加入0.25mL2%（W/V）壳聚糖溶液，搅拌5min。加入0.03mL0.3mol/L的三聚磷酸钠溶液，室温搅拌15min。磁性分离，水洗两次，所得复合微粒分散于去离子水中，室温保存。所得产品表现出良好的磁响应性与荧光特性。

Claims (5)

1.一种磁性壳聚糖/掺杂稀土复合微粒，其特征在于，由磁性壳聚糖和掺杂稀土复合而成，其中，磁性壳聚糖是壳聚糖与Fe₃O₄的复合物，磁性壳聚糖中壳聚糖与Fe₃O₄中铁的重量比为20:1～1:5；

掺杂稀土由LaF₃和EuF₃组成，EuF₃的摩尔百分数为30-60%，或者掺杂稀土由LaF₃、CeF₃和TbF₃组成，CeF₃的摩尔百分数为30-60%，TbF₃的摩尔百分数为5-30%；

复合微粒中La与壳聚糖的重量比为2:100～50:100。

2.权利要求1所述复合微粒的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

1）在水相中先分别制备磁性壳聚糖和掺杂稀土化合物，磁性壳聚糖中，壳聚糖与Fe₃O₄中铁的重量比为20:1～1:5；所制得掺杂稀土由LaF₃和EuF₃组成，EuF₃的摩尔百分数为30-60%，或者掺杂稀土由LaF₃、CeF₃和TbF₃组成，CeF₃的摩尔百分数为30-60%，TbF₃的摩尔百分数为5-30%；

2）将磁性壳聚糖和掺杂稀土化合物分散于去离子水中，分别与表面活性剂、有机溶剂混合得到磁性壳聚糖微乳液和掺杂稀土化合物微乳液；

3）磁性壳聚糖微乳液和掺杂稀土化合物微乳液按比例混合，稀土掺杂物中La与壳聚糖的重量比为2:100～50:100，室温搅拌3h；

4）离心分离沉淀，沉淀分散于去离子水中，加入少量壳聚糖溶液，搅拌均匀，再加入离子交联剂溶液，搅拌均匀，得到磁性壳聚糖/掺杂稀土复合微粒。

3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述表面活性剂为十六烷基溴化铵。

4.根据权利要求2或3所述的制备方法，其特征在于，所述有机溶剂为正己烷和正戊醇混合物。

5.根据权利要求2或3所述的制备方法，其特征在于，所述离子交联剂为三聚磷酸钠。

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