CN102989013A - 一种淋巴管识别的碳纳米球的制备方法 - Google Patents

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朱君
周涓
何丹农
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Abstract

本发明涉及一种淋巴管识别的碳纳米球及其制备方法。以生物质碳源为原料，通过水热法制备碳纳米球。进一步地，以透明质酸盐为配体，通过1-乙基-3-(3-二甲基氨丙基)-碳化二亚胺（EDC）和N-羟基琥珀酰亚胺（NHS）的偶联反应，对碳纳米球进行表面透明质酸盐修饰。本发明的特点在于：以生物质碳源为原料制备碳纳米球。所用原料生物安全性高、毒性小，碳纳米球表面具有丰富的含氧基团，易于进一步功能化。采用透明质酸盐为修饰剂，对淋巴管具有良好的特异性，有利于提高碳纳米球的靶向性。制备方法简单，可操作性强，连接效率高。

Description

一种淋巴管识别的碳纳米球的制备方法
技术领域
本发明涉及一种淋巴管识别的碳纳米球的制备方法，具体涉及一种碳纳米球的制备和表面修饰技术。本方法属于纳米材料的制备和表面修饰领域。
背景技术
随着富勒烯和碳纳米管的发现，激起了全世界范围内对碳材料的研究热潮。生物质碳源作为一种可再生的碳源，因在自然界中分布广泛，且廉价易得而得到了人们的青睐。由生物质碳源水热法制备碳纳米材料具有绿色环保无污染的特点，实验过程中没有引入任何引发剂以及有毒溶剂，得到的炭球粒径均匀，大小可控，同时表面含有大量活性官能团，具有优良的亲水性和表面反应活性，可应用于生物化学、生物诊断以及药物传输领域，也可以作为制备核壳结构材料或者多孔材料的模板等等，具有令人欣喜的应用前景。进一步地，最近的研究表明，碳纳米球等碳纳米材料具有很好的发光性能，能应用于细胞成像中（J. Y. Fan, P. K. Chu, small 2010, 19(6), 2080-2098）。但关于碳纳米材料的靶向成像未见报道。
众所周知，淋巴管异常可导致如淋巴水肿和肿瘤转移等严重疾病。但是，随着淋巴管内皮细胞特异性标志物的发现和淋巴管生成的分子机制的深入研究，使得淋巴管生成的调控在分子水平上取得了很大进步，这为淋巴管生成的靶向诱导与抑制提供了新方向，同时为淋巴管疾病的早期诊断提供了依据。其中，一种重要的淋巴管内皮细胞特异性标志物为淋巴管内皮透明质酸受体-1（lymphatic vessel endothelial HA receptor, LYVE-1）。LYVE-1是具有332个氨基酸残基的Ⅰ型膜蛋白，其配体为透明质酸或其盐。因此，以透明质酸或其盐为配体，制备碳纳米材料的生物分子荧光标记探针，将对淋巴管疾病具有靶向的诊断和治疗作用。
发明内容
为了克服现有技术的不足，本发明提供一种以生物质碳源为原料，通过水热法制备碳纳米球，以及提供以透明质酸盐为配体，通过1-乙基-3-(3-二甲基氨丙基)-碳化二亚胺（EDC）和N-羟基琥珀酰亚胺（NHS）的偶联反应，对碳纳米球进行表面透明质酸盐修饰。
一种淋巴管识别的碳纳米球的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
a、碳纳米球的制备：配制浓度为15～150g/L的生物质碳源溶于去离子中，充分搅拌后转入带有聚四氟乙烯内胆的高压反应釜，在80～200℃条件下，反应时间1～24小时，反应结束后，反应釜自然冷却到约60℃，用乙醇和去离子水依次洗涤数次，离心分离，真空烘干，得到碳纳米球；
b、透明质酸盐的表面改性：配制浓度为10～200g/L的透明质酸盐溶液，其分子量为2000～20000，在搅拌条件下，缓慢加入与透明质酸盐摩尔比为1：1的偶联剂，室温下反应6～24小时，然后将反应溶液加入透析袋中，在去离子水中透析3～7天，得溶液a；
c、碳纳米球的表面修饰：将与透明质酸盐等质量的碳纳米球超声分散于溶液a中，在搅拌条件下，缓慢加入与碳纳米球比为1：1的偶联剂，室温下反应6～24小时，得溶液b；
d、透明质酸盐修饰碳纳米球的制备：将溶液a缓慢加入溶液b中，在室温条件下，搅拌0.5～2小时，反应后溶液经离心、沉淀、洗涤，干燥后，得到淋巴管识别的碳纳米球。
所述的生物质碳源为纤维素、可溶性淀粉、壳聚糖、蔗糖、葡萄糖中的一种。
所述的透明质酸盐为透明质酸钙、透明质酸锌、透明质酸铋钾、透明质酸钠中的一种。
所述的偶联剂为1-乙基-3-(3-二甲基氨丙基)-碳化二亚胺（EDC）和N-羟基琥珀酰亚胺（NHS），其中EDC和NHS的摩尔比为1:1。
本发明的优点在于：
（1）本发明以生物质碳源为原料制备碳纳米球。所用原料生物安全性高、毒性小，碳纳米球表面具有丰富的含氧基团，易于进一步功能化。
（2）本发明中采用透明质酸盐为修饰剂，对淋巴管具有良好的特异性，有利于提高碳纳米球的靶向性。
（3）本发明制备方法工艺简单，可操作性强，连接效率高。
附图说明
图1为以可溶性淀粉为碳源，所制备的透明质酸钠修饰的碳纳米球扫描电镜照片。
图2为以葡萄糖为碳源，所制备的透明质酸钠修饰的碳纳米球扫描电镜照片。
图3为以蔗糖为碳源，所制备的透明质酸钠修饰的碳纳米球扫描电镜照片。
具体实施方式
以下通过具体的实施例对本发明的技术方案作进一步描述。以下的实施例是对本发明的进一步说明，而不限制本发明的范围。
实施例1：
1、碳纳米球的制备：
将1 g可溶性淀粉溶于20 mL去离子中，充分搅拌配制成浓度为50g/L的反应液。将反应液转入带有25 ml聚四氟乙烯内胆的高压反应釜，在160℃条件下，反应时间12小时，反应结束后，反应釜自然冷却到约60℃，用乙醇和去离子水依次洗涤数次，离心分离，真空烘干，得到碳纳米球。
2、透明质酸盐的表面改性：
将0.1 g，分子量为10000的透明质酸钠（1 × 10-5 mol）充分溶解于pH=7.4，10 mL缓冲溶液中，充分搅拌配制成浓度为10g/L的反应液。在搅拌条件下，缓慢加入1 × 10-5 mol的 EDC和NHS，室温下反应12小时。然后将反应溶液加入透析袋中，在去离子水中透析7天，得溶液a。
3、碳纳米球的表面修饰：
将与0.1 g的碳纳米球（8 × 10-3 mol）超声分散于溶液a中，在搅拌条件下，缓慢加入8 × 10-3 mol的EDC和NHS，室温下反应12小时，得溶液b。
4、透明质酸盐修饰碳纳米球的制备：
将溶液a缓慢加入溶液b中，在室温条件下，搅拌1小时。反应后溶液经离心、沉淀、洗涤，干燥后，得最终产物。
图1为以可溶性淀粉为碳源，所制备的透明质酸钠修饰的碳纳米球扫描电镜照片。由图可见，碳纳米球尺寸约100 nm，有连接现象。
实施例2：
1、碳纳米球的制备：
将1.1 g葡萄糖溶于20 mL去离子中，充分搅拌配制成浓度为55g/L的反应液。将反应液转入带有25 ml聚四氟乙烯内胆的高压反应釜，在200℃条件下，反应时间6小时，反应结束后，反应釜自然冷却到约60℃，用乙醇和去离子水依次洗涤数次，离心分离，真空烘干，得到碳纳米球。
2、透明质酸盐的表面改性：
将0.5 g，分子量为2000的透明质酸钙（2.5 × 10-4 mol）充分溶解于pH=5，10 mL缓冲溶液中，充分搅拌配制成浓度为50g/L。的反应液在搅拌条件下，缓慢加入2.5 × 10-4 mol的 EDC和NHS，室温下反应24小时。然后将反应溶液加入透析袋中，在去离子水中透析3天，得溶液a。
3、碳纳米球的表面修饰：
将与0.5 g的碳纳米球（4.2 × 10-2 mol）超声分散于溶液a中，在搅拌条件下，缓慢加入4.2 × 10-2 mol的EDC和NHS，室温下反应24小时，得溶液b。
4、透明质酸盐修饰碳纳米球的制备：
将溶液a缓慢加入溶液b中，在室温条件下，搅拌0.5小时。反应后溶液经离心、沉淀、洗涤，干燥后，得最终产物。
图2为以葡萄糖为碳源，所制备的透明质酸钠修饰的碳纳米球扫描电镜照片。由图可见，碳纳米球尺寸约100 nm，有坍塌现象。
实施例3：
1、碳纳米球的制备：
将2.05g（6 × 10-3 mol）蔗糖溶于20 mL去离子中，充分搅拌配制成浓度为102.5g/L的反应液。将反应液转入带有25 ml聚四氟乙烯内胆的高压反应釜，在100℃条件下，反应时间20小时，反应结束后，反应釜自然冷却到约60℃，用乙醇和去离子水依次洗涤数次，离心分离，真空烘干，得到碳纳米球。
2、透明质酸盐的表面改性：
将2 g，分子量为14000的透明质酸钙（1.4 × 10-4 mol）充分溶解于pH=5，10 mL缓冲溶液中，充分搅拌配制成浓度为200g/L。在搅拌条件下，缓慢加入1.4 × 10-4 mol的 EDC和NHS，室温下反应16小时。然后将反应溶液加入透析袋中，在去离子水中透析7天，得溶液a。
3、碳纳米球的表面修饰：
将与2 g的碳纳米球（0.16 mol）超声分散于溶液a中，在搅拌条件下，缓慢加入0.16 mol的EDC和NHS，室温下反应16小时，得溶液b。
4、透明质酸盐修饰碳纳米球的制备：
将溶液a缓慢加入溶液b中，在室温条件下，搅拌2小时。反应后溶液经离心、沉淀、洗涤，干燥后，得最终产物。
图3为以蔗糖为碳源，所制备的透明质酸钠修饰的碳纳米球扫描电镜照片。由图可见，碳纳米球尺寸约300 nm，有连接现象。

Claims (4)

1.一种淋巴管识别的碳纳米球的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
a、碳纳米球的制备：配制浓度为15～150g/L的生物质碳源溶于去离子中，充分搅拌后转入带有聚四氟乙烯内胆的高压反应釜，在80～200℃条件下，反应时间1～24小时，反应结束后，反应釜自然冷却到约60℃，用乙醇和去离子水依次洗涤数次，离心分离，真空烘干，得到碳纳米球；
b、透明质酸盐的表面改性：配制浓度为10～200g/L的透明质酸盐溶液，其分子量为2000～20000，在搅拌条件下，缓慢加入与透明质酸盐摩尔比为1：1的偶联剂，室温下反应6～24小时，然后将反应溶液加入透析袋中，在去离子水中透析3～7天，得溶液a；
c、碳纳米球的表面修饰：将与透明质酸盐等质量的碳纳米球超声分散于溶液a中，在搅拌条件下，缓慢加入与碳纳米球比为1：1的偶联剂，室温下反应6～24小时，得溶液b；
d、透明质酸盐修饰碳纳米球的制备：将溶液a缓慢加入溶液b中，在室温条件下，搅拌0.5～2小时，反应后溶液经离心、沉淀、洗涤，干燥后，得到淋巴管识别的碳纳米球。
2.根据权利要求1所述一种淋巴管识别的碳纳米球的制备方法，其特征在于，所述的生物质碳源为纤维素、可溶性淀粉、壳聚糖、蔗糖、葡萄糖中的一种。
3.根据权利要求1所述一种淋巴管识别的碳纳米球的制备方法，其特征在于，所述的透明质酸盐为透明质酸钙、透明质酸锌、透明质酸铋钾、透明质酸钠中的一种。
4.根据权利要求1所述一种淋巴管识别的碳纳米球的制备方法，其特征在于，所述的偶联剂为1-乙基-3-(3-二甲基氨丙基)-碳化二亚胺（EDC）和N-羟基琥珀酰亚胺（NHS），其中EDC和NHS的摩尔比为1:1。
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