CN102430130B - 一种医药用改性葡聚糖包覆磁性纳米颗粒复合材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种医药用改性葡聚糖包覆磁性纳米颗粒复合材料及其制备方法，属于生物医学应用型无机先进纳米材料制备工艺技术领域。本发明的方法是在溶剂热条件下进行的反应过程，制备得到亲水性强、生物亲和性好、能用于抗体和细胞分离以及医学核磁共振成像对比剂的四氧化三铁及一系列铁酸盐纳米颗粒，得到的颗粒在水中有很好的稳定性，高浓度胶体至少5个月内不沉淀，且纳米颗粒粒径分布均匀，合成成本相对低廉。
Description
技术领域
本发明属于生物医学应用型无机先进纳米材料制备工艺技术领域，特别涉及医药用改性葡聚糖包覆磁性纳米颗粒复合材料及其制备方法。
技术背景
铁磁性物质的颗粒小于临界尺寸时，外场产生的磁取向力不足以抵抗热骚动的干扰，其磁化性质与顺磁体相似，称作超顺磁性。临界尺寸与温度有关，例如球状铁粒在室温的临界半径为12.5纳米，而在4.2K时半径为2.2纳米还是铁磁性的。超顺磁体的磁化曲线与铁磁体不同，没有磁滞现象。当去掉外磁场后，剩磁很快消失。
具有超顺磁性的四氧化三铁纳米颗粒经过适当的表面修饰后可被应用到生物活体内，如磁共振成像造影剂、组织修复、免疫分析、热疗、药物输送、细胞分离等。这些生物应用都要求纳米颗粒粒径小于100nm，并且粒径分布足够窄；另外还要求包覆在纳米四氧化三铁颗粒表面的表面活性剂必须是无毒的、生物相容性优良的，而且能够靶向输送到特定区域。这样表面功能化的磁性颗粒才能同药物、蛋白质、酶、抗体或核酸等特异性结合，进而在外磁场作用下同器官、组织、肿瘤发生作用。
近年来，关于四氧化三铁纳米及系列铁酸盐颗粒合成和表面修饰的报道相当多(SophieLaurent.Chemical Review，2010，108，2064-2110)，各种合成方法(如大乳胶法、溶胶-凝胶法、前躯体水解或热分解法、流动注射合成法、电喷射合成法等)和各种表面活性剂的使用在一定程度上解决了不少应用上的难题，其中最主要的是以油酸或油胺为表面活性剂高温热解的合成方法，但所得纳米颗粒不能分散在水中进而限制其生物应用。为此，这些油溶性的纳米颗粒不得不进行一系列的表面修饰来获取水溶性和生物相容性，而这些表面修饰方法大多较复杂，试剂也较昂贵。因此发展新的合成方法，制备出颗粒尺寸分布窄、结晶性好、磁性优良、无毒的四氧化三铁超顺磁性纳米材料，进而发展更简单有效的纳米颗粒表面修饰方法，系统地研究纳米材料表面化学与性能的关系，更好地引导我们去获得具有特定尺寸、表面分子、性能的四氧化三铁纳米材料，这对最终实现纳米材料在实际中的运用具有重要的指导意义。
发明内容
本发明的目的是提供一种医药用改性葡聚糖包覆磁性纳米颗粒复合材料及其制备方法。使用本方法合成所需尺寸、结晶性和磁性优良、生物相容性良好，并可提供进一步生物偶联基团的磁性纳米颗粒，这一超顺磁性材料在生物医学领域，尤其作为磁共振成像造影剂，具有可预见的广阔的应用前景。
制备改性葡聚糖包覆四氧化三铁磁性纳米颗粒复合材料的具体制备步骤如下：
a.将0.2-2.0g分子量为3000-100000的葡聚糖加入5-10ml去离子水中，搅拌加热至50-100℃使其完全溶解；
b.将0.1-0.6g NaIO4固体粉末溶于5-10ml去离子水中，待NaIO4完全溶解后倒入步骤a配制的葡聚糖溶液中，搅拌混合，溶液维持50-100℃30-60min，溶液由无色转变为红棕色，最后变成浅黄色，此时停止加热并加入5-10ml乙二醇，以NaOH调节pH至6-8；
c.将0.1-1.0g FeCl3·6H2O和0.1-1.0g Fe(NH4)2(SO4)2·6H2O加入5-10ml去离子水中，然后与步骤b所得溶液混合并转移至反应釜中，搅拌1-2分钟；
d.将0.1-1.0g NaOH溶于5-10ml去离子水，快速加入上述反应釜溶液中，继续搅拌1-2分钟；以不锈钢套密封，100-200℃下反应2-20小时；冷却后离心，弃上清液，收集下层固体，再用水溶解，加乙醇沉淀离心洗涤2-5次，最后将产物稳定分散在5-10ml去离子水中，即得改性葡聚糖包覆四氧化三铁磁性纳米颗粒复合材料。
制备改性葡聚糖包覆铁酸盐磁性纳米颗粒复合材料的具体制备步骤如下：
a.将0.2-2.0g分子量为3000-100000的葡聚糖加入10ml去离子水中，搅拌加热至50-100℃使其完全溶解；
b.将0.1-0.6g NaIO4固体粉末溶于5-10ml去离子水中，待NaIO4完全溶解后加入步骤a配制的葡聚糖溶液中，搅拌，溶液维持50-100℃30-60min，溶液由无色转变为红棕色，最后变成浅黄色，此时停止加热并加入5-10ml乙二醇，以NaOH调节pH至6-8；
c.将0.1-1.0g FeCl3·6H2O、0.1-1.0g Fe(NH4)2(8O4)2·6H2O和0.1-1.0g的MnCl2·4H2O、ZnCl2或CoCl2，一起溶于5-10ml去离子水中；然后与步骤b所得溶液混合并转移至反应釜中，搅拌半分钟；
d.将0.1-1.0g NaOH溶于5-10ml去离子水，快速加入上述反应釜溶液中，继续搅拌1-2分钟；以不锈钢套密封，100-200℃下反应2-20小时；冷却后离心，弃上清液，收集下层固体，再用水溶解，加乙醇沉淀离心洗涤2-5次，最后将产物稳定分散在5-10ml去离子水中，即得改性葡聚糖包覆铁酸盐磁性纳米颗粒复合材料。
所述的铁酸盐为MnFe2O4、CoFe2O4或ZnFe2O4。
有益效果：本发明的方法是在溶剂热条件下进行的反应过程，制得一种医药用改性葡聚糖包覆磁性纳米颗粒复合材料。本发明的磁性纳米颗粒表面包覆氧化活化的葡聚糖，氧化后的葡聚糖产生大量羧基，部分羧基与纳米颗粒键连，部分游离在颗粒外，用以偶联抗体等生物分子。本发明得到的超顺磁性纳米颗粒粒径可在5-10nm范围内有效调控，且粒径分布均匀，颗粒结晶性、磁性良好，能在水中长期稳定，高浓度胶体至少5个月内不沉淀，亲水性强、生物相容性极好，在生物磁分离、医学诊断，尤其是作为磁共振成像造影剂具有重要的应用意义，并且合成成本相对低廉。
附图说明
图1：实施例1三个不同反应时间得到的改性葡聚糖包覆四氧化三铁磁性纳米颗粒复合材料的X射线衍射图。
图2：实施例1反应10小时制得的改性葡聚糖包覆四氧化三铁磁性纳米颗粒复合材料的电子衍射花样图。
图3：实施例1反应5小时制得的改性葡聚糖包覆四氧化三铁磁性纳米颗粒复合材料的粒径分布图。
图4：实施例1反应10小时制得的改性葡聚糖包覆四氧化三铁磁性纳米颗粒复合材料的粒径分布图。
图5：实施例1反应15小时制得的改性葡聚糖包覆四氧化三铁磁性纳米颗粒复合材料的粒径分布图。
图6：实施例1反应5小时制得的改性葡聚糖包覆四氧化三铁磁性纳米颗粒复合材料的透射电镜图(左)和高分辨透射电镜图(右)。
图7：实施例1反应10小时制得的改性葡聚糖包覆四氧化三铁磁性纳米颗粒复合材料的透射电镜图(左)和高分辨透射电镜图(右)。
图8：实施例1反应15小时制得的改性葡聚糖包覆四氧化三铁磁性纳米颗粒复合材料的透射电镜图(左)和高分辨透射电镜图(右)。
图9：实施例1反应10小时制得的改性葡聚糖包覆四氧化三铁磁性纳米颗粒复合材料在磁场作用下状态(左)和撤走磁场后状态(右)。
图10：磁场作用下实施例2制备的改性葡聚糖包覆MnFe2O4磁性纳米颗粒复合材料(左)和实施例3制备的改性葡聚糖包覆ZnFe2O4磁性纳米颗粒复合材料(右)的状态图。
图11：红外图谱：(a)纯葡聚糖；(b)纯葡聚糖包覆四氧化三铁；(c)实施例1反应10小时得到的改性葡聚糖包覆四氧化三铁磁性纳米颗粒复合材料。
图12：实施例1反应10小时得到的改性葡聚糖包覆四氧化三铁磁性纳米颗粒复合材料与不同浓度的荧光标记蛋白培养后荧光光谱图。
图13：图12中波长为698纳米处不同浓度的荧光标记蛋白培养后的相应荧光强度。
图14：实施例1三个不同反应时间得到的改性葡聚糖包覆四氧化三铁磁性纳米颗粒复合材料的饱和磁化率。
图15：实施例1反应10小时得到的改性葡聚糖包覆四氧化三铁磁性纳米颗粒复合材料在不同介质中均能保持稳定：(1)0.01M PBS(2)0.1M PBS(3)5％葡聚糖(4)5％BSA(5)1640(含10％胎牛血清)培养基(6)DMEM(含10％胎牛血清)培养基；图a中Fe3O4浓度为0.37mg/mL，图b中Fe3O4浓度为1.84mg/mL。
具体实施方式
实施例1
改性葡聚糖包覆四氧化三铁磁性纳米颗粒复合材料的合成：
a.将0.5g分子量为40000的葡聚糖加入10ml去离子水中，搅拌加热至50℃使其完全溶解；
b.将0.4g NaIO4固体粉末溶于7.5ml去离子水中，待NaIO4完全溶解后倒入步骤a配制的葡聚糖溶液中，搅拌混合，溶液维持85℃30min，溶液由无色转变为红棕色，最后变成浅黄色，此时停止加热并加入5ml乙二醇，以NaOH调节pH至7；
c.将0.27g FeCl3·6H2O和0.784g Fe(NH4)2(SO4)2·6H2O加入10ml去离子水中，然后与步骤b所得溶液混合并转移至反应釜中，搅拌半分钟；
d.将0.6g NaOH溶于5ml去离子水，快速加入上述反应釜溶液中，继续搅拌1分钟；以不锈钢套密封，160℃下反应5小时、10小时或15小时；冷却后离心，弃上清液，收集下层固体，再用水溶解，加乙醇沉淀离心洗涤2次，最后将产物稳定分散在10ml去离子水中，即得三种反应时间分别为5小时、10小时、15小时的改性葡聚糖包覆四氧化三铁磁性纳米颗粒复合材料。
氧化改性后的葡聚糖产生大量羧基，一方面可直接键合到纳米颗粒表面，另一方面作为纳米颗粒表面的伸出基团，大大增加其在水中的分散性和稳定性。制得的三种改性葡聚糖包覆四氧化三铁磁性纳米颗粒复合材料，其中四氧化三铁纳米颗粒的直径约为8nm，呈单晶颗粒分布。
实施例2
改性葡聚糖包覆MnFe2O4磁性纳米颗粒复合材料的合成：
a.将0.5g分子量为40000的葡聚糖加入10ml去离子水中，搅拌加热至50℃使其完全溶解；
b.将0.4g NaIO4固体粉末溶于7.5ml去离子水中，待NaIO4完全溶解后加入步骤a配制的葡聚糖溶液中，搅拌，溶液维持85℃30min，溶液由无色转变为红棕色，最后变成浅黄色，此时停止加热并加入5ml乙二醇，以NaOH调节pH至7；
c.将0.27g FeCl3·6H2O、0.397g Fe(NH4)2(SO4)2·6H2O和0.198g MnCl2·4H2O，溶于10ml去离子水中，然后与步骤b所得溶液混合并转移至反应釜中，搅拌半分钟；
d.将0.6g NaOH溶于5ml去离子水，快速加入上述反应釜溶液中，继续搅拌1分钟；以不锈钢套密封，160℃下反应10小时；冷却后离心，弃上清液，收集下层固体，再用水溶解，加乙醇沉淀离心洗涤3次，最后将产物稳定分散在10ml去离子水中，即得改性葡聚糖包覆MnFe2O4磁性纳米颗粒复合材料。
实施例3
改性葡聚糖包覆ZnFe2O4磁性纳米颗粒复合材料的合成：
a.将0.5g分子量为40000的葡聚糖加入10ml去离子水中，搅拌加热至50℃使其完全溶解；
b.将0.4g NaIO4固体粉末溶于7.5ml去离子水中，待NaIO4完全溶解后加入步骤a配制的葡聚糖溶液中，搅拌，溶液维持85℃30min，溶液由无色转变为红棕色，最后变成浅黄色，此时停止加热并加入5ml乙二醇，以NaOH调节pH至7；
c.将0.27g FeCl3·6H2O、0.397g Fe(NH4)2(SO4)2·6H2O和0.136g ZnCl2溶于10ml去离子水中，然后与步骤b所得溶液混合并转移至反应釜中，搅拌半分钟；
d.将0.6g NaOH溶于5ml去离子水，快速加入上述反应釜溶液中，继续搅拌1分钟；以不锈钢套密封，160℃下反应10小时；冷却后离心，弃上清液，收集下层固体，再用水溶解，加乙醇沉淀离心洗涤3次，最后将产物稳定分散在10ml去离子水中，即得改性葡聚糖包覆ZnFe2O4磁性纳米颗粒复合材料。
实施例4
改性葡聚糖包覆四氧化三铁磁性纳米颗粒复合材料的合成：
a.将0.5g分子量为3000的葡聚糖加入10ml去离子水中，搅拌加热至50℃使其完全溶解；
b.将0.4g NaIO4固体粉末溶于7.5ml去离子水中，待NaIO4完全溶解后倒入步骤a配制的葡聚糖溶液中，搅拌混合，溶液维持85℃30min，溶液由无色转变为红棕色，最后变成浅黄色，此时停止加热并加入5ml乙二醇，以NaOH调节pH至7；
c.将0.27g FeCl3·6H2O和0.784g Fe(NH4)2(SO4)2·6H2O加入10ml去离子水中，然后与步骤b所得溶液混合并转移至反应釜中，搅拌半分钟；
d.将0.6g NaOH溶于5ml去离子水，快速加入上述反应釜溶液中，继续搅拌1分钟；以不锈钢套密封，160℃下反应5小时；冷却后离心，弃上清液，收集下层固体，再用水溶解，加乙醇沉淀离心洗涤2次，最后将产物稳定分散在10ml去离子水中，即得改性葡聚糖包覆四氧化三铁磁性纳米颗粒复合材料。
实施例5
改性葡聚糖包覆四氧化三铁磁性纳米颗粒复合材料的合成：
a.将0.5g分子量为20000的葡聚糖加入10ml去离子水中，搅拌加热至50℃使其完全溶解；
b.将0.2g NaIO4固体粉末溶于7.5ml去离子水中，待NaIO4完全溶解后倒入步骤a配制的葡聚糖溶液中，搅拌混合，溶液维持85℃ 30min，溶液由无色转变为红棕色，最后变成浅黄色，此时停止加热并加入5ml乙二醇，以NaOH调节pH至8；
c.将0.27g FeCl3·6H2O和0.784g Fe(NH4)2(SO4)2·6H2O加入10ml去离子水中，然后与步骤b所得溶液混合并转移至反应釜中，搅拌半分钟；
d.将0.6g NaOH溶于5ml去离子水，快速加入上述反应釜溶液中，继续搅拌1分钟；以不锈钢套密封，160℃下反应10小时；冷却后离心，弃上清液，收集下层固体，再用水溶解，加乙醇沉淀离心洗涤2次，最后将产物稳定分散在10ml去离子水中，即得改性葡聚糖包覆四氧化三铁磁性纳米颗粒复合材料。
实施例6
改性葡聚糖包覆四氧化三铁磁性纳米颗粒复合材料的合成：
a.将1.5g分子量为80000的葡聚糖加入10ml去离子水中，搅拌加热至80℃使其完全溶解；
b.将0.4g NaIO4固体粉末溶于7.5ml去离子水中，待NaIO4完全溶解后倒入步骤a配制的葡聚糖溶液中，搅拌混合，溶液维持85℃ 30min，溶液由无色转变为红棕色，最后变成浅黄色，此时停止加热并加入5ml乙二醇，以NaOH调节pH至6；
c.将0.27g FeCl3·6H2O和0.784g Fe(NH4)2(SO4)2·6H2O加入10ml去离子水中，然后与步骤b所得溶液混合并转移至反应釜中，搅拌半分钟；
d.将0.6g NaOH溶于5ml去离子水，快速加入上述反应釜溶液中，继续搅拌1分钟；以不锈钢套密封，160℃下反应15小时；冷却后离心，弃上清液，收集下层固体，再用水溶解，加乙醇沉淀离心洗涤2次，最后将产物稳定分散在10ml去离子水中，即得改性葡聚糖包覆四氧化三铁磁性纳米颗粒复合材料。
Claims (3)
1.一种改性葡聚糖包覆四氧化三铁磁性纳米颗粒复合材料的制备方法，其特征在于，其具体制备步骤如下：
a.将0.2-2.0g分子量为3000-100000的葡聚糖加入5-10ml去离子水中，搅拌加热至50-100℃使其完全溶解；
b.将0.1-0.6g NaIO4固体粉末溶于5-10ml去离子水中，待NaIO4完全溶解后倒入步骤a配制的葡聚糖溶液中，搅拌混合，溶液维持85-100℃30-60min，溶液由无色转变为红棕色，最后变成浅黄色，此时停止加热并加入5-10ml乙二醇，以NaOH调节pH至6-8；
c.将0.1-1.0g FeCl3·6H2O和0.1-1.0g Fe(NH4)2(SO4)2·6H2O加入5-10ml去离子水中，然后与步骤b所得溶液混合并转移至反应釜中，搅拌1-2分钟；
d.将0.1-1.0g NaOH溶于5-10ml去离子水，快速加入上述反应釜溶液中，继续搅拌1-2分钟；以不锈钢套密封，100-200℃下反应2-20小时；冷却后离心，弃上清液，收集下层固体，再用水溶解，加乙醇沉淀离心洗涤2-5次，最后将产物稳定分散在5-10ml去离子水中，即得改性葡聚糖包覆四氧化三铁磁性纳米颗粒复合材料。
2.一种改性葡聚糖包覆铁酸盐磁性纳米颗粒复合材料的制备方法，其特征在于，其具体制备步骤如下：
a.将0.2-2.0g分子量为3000-100000的葡聚糖加入10ml去离子水中，搅拌加热至50-100℃使其完全溶解；
b.将0.1-0.6g NaIO4固体粉末溶于5-10ml去离子水中，待NaIO4完全溶解后加入步骤a配制的葡聚糖溶液中，搅拌，溶液维持85-100℃30-60min，溶液由无色转变为红棕色，最后变成浅黄色，此时停止加热并加入5-10ml乙二醇，以NaOH调节pH至6-8；
c.将0.1-1.0g FeCl3·6H2O、0.1-1.0g Fe(NH4)2(SO4)2·6H2O和0.1-1.0g的MnCl2·4H2O、ZnCl2或CoCl2，一起溶于5-10ml去离子水中；然后与步骤b所得溶液混合并转移至反应釜中，搅拌半分钟；
d.将0.1-1.0g NaOH溶于5-10ml去离子水，快速加入上述反应釜溶液中，继续搅拌1-2分钟；以不锈钢套密封，100-200℃下反应2-20小时；冷却后离心，弃上清液，收集下层固体，再用水溶解，加乙醇沉淀离心洗涤2-5次，最后将产物稳定分散在5-10ml去离子水中，即得改性葡聚糖包覆铁酸盐磁性纳米颗粒复合材料。
3.根据权利要求2所述的一种改性葡聚糖包覆铁酸盐磁性纳米颗粒复合材料的制备方法，其特征在于，所述的铁酸盐为MnFe2O4、CoFe2O4或ZnFe2O4。
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20121212 Termination date: 20151124 |
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| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |