CN104627958B - 一种稳定性增强的改性纳米粒子及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公布了一种稳定性增强的纳米粒子，该纳米粒子由改性壳聚糖改性而得，改性壳聚糖是通过将聚乙二醇和硫辛酸接枝在壳聚糖上而得，聚乙二醇和硫辛酸的接枝率为1-50%，壳聚糖分子量为5000~500000，聚乙二醇的分子量为1000~10000。本发明还公开了该改性纳米粒子的制备方法，该方法是将改性壳聚糖直接加入纳米粒子溶液中，于室温下加入还原剂搅拌，经离心干燥即可得到聚乙二醇与硫辛酸接枝改性的壳聚糖聚合物修饰的纳米粒子。本发明公布的改性纳米粒子具有显著的长时稳定性，其制备方法操作易行。

Description

一种稳定性增强的改性纳米粒子及其制备方法

技术领域

本发明属于纳米粒子领域，具体涉及一种稳定性增强的改性纳米粒子及其制备方法。

技术背景

目前，纳米技术在生物医学领域越来越多的应用，尤其是针对人类重大疾病的治疗和诊断。现有的纳米材料主要分为有机纳米材料和无机纳米材料。有机纳米材料如聚合物胶束作为药物载体在药物缓释领域有着光明的应用前景；而无机纳米材料如贵金属纳米粒子在肿瘤的成像诊断和抗菌等方面有着极大的应用潜力。

纳米材料在生物医学领域的应用必然会与生理系统（血液、组织、细胞等）或其组成部分（蛋白质、无机盐和各类生物分子）相接触，需要纳米材料不会引起人体的免疫反应，因此要求纳米材料具有良好的生物相容性。如果纳米材料的表面不作生物相容性修饰，在其进入人体血液循环系统后将会吸附血液中的蛋白质，甚至发生团聚，从而被人体免疫系统捕获，使得纳米材料最终不能到达靶向部位而实现其目标功能。现有技术中，如（Langmuir2006，22,2-5）或（J.Am.Chem.Soc.,2007,129,14530）所制得的纳米粒子存在长期稳定性缺陷。这种纳米粒子进入复杂的血液系统后，接枝物容易脱落，而纳米粒子则容易会被人体免疫系统识别和清除，最终使纳米材料丧失其功能性。

因此开发一种具有长期稳定性的纳米粒子，成为亟待解决的问题。

发明内容

针对现有技术中的缺点，本发明的目的之一在于提供一种稳定性增强的改性纳米粒子，其特征在于，所述改性纳米粒子由改性壳聚糖聚合物吸附螯合在纳米粒子上而得；所述改性壳聚糖聚合物为利用聚乙二醇和硫辛酸对壳聚糖进行改性而得，所述改性壳聚糖聚合物的化学结构式为；

所述壳聚糖分子量为5000~500000，聚乙二醇的分子量为1000~10000,接枝率为1%~50%，硫辛酸接枝率为1%~50%。

所述聚乙二醇的化学结构式为（1）或（2）：

。

所述改性壳聚糖聚合物的制备步骤如下：

1）将壳聚糖充分溶解于酸性溶液中，加入聚乙二醇，于室温下反应48h，透析除去未反应的聚乙二醇，溶液冻干后得到聚乙二醇接枝修饰的壳聚糖；

2）将硫辛酸溶解于乙醇溶液中，然后缓慢加入到步骤１）所得物的水溶液中，在1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺盐酸盐和N-羟基琥珀酰亚胺的催化作用下，将硫辛酸接枝到壳聚糖主链上，透析冻干后得到所述改性壳聚糖聚合物。

所述纳米粒子为贵金属纳米粒子或无机半导体纳米粒子。

优选的，所述贵金属纳米粒子为金纳米粒子、银纳米粒子、铂纳米粒子中的一种；所述的无机半导体纳米粒子为碲化镉、硫化镉、硫化锌、硒化锌、硫化铅、硒化铅中的一种或至少两种组成的复合纳米粒子。

本发明的发明人通过将聚乙二醇和硫辛酸接枝在壳聚糖上，并用于对纳米粒子进行改性，惊奇的发现，改性后的纳米粒子具有非常显著的稳定性，可以长时间保持稳定。如本发明实验例中所记载的结果所述，本发明所得的改性纳米粒子具有显著的长时稳定性。

其原因可能在于，本发明所得改性壳聚糖聚合物具有多巯基、多氨基的特点，其中，多氨基的特点对稳定性的维持可能具有重要的作用。硫辛酸的二硫键螯合在贵金属纳米粒子或无机半导体纳米粒子表面，从而将聚合物修饰在贵金属或无机半导体纳米粒子表面，聚乙二醇可以赋予纳米粒子良好的溶液稳定性，而壳聚糖结构中的羟基和氨基活性基团在修饰纳米粒子时能因静电螯合作用对纳米粒子进行很好的稳定，同时也可以赋予纳米粒子一定的功能性。

本发明的第二个目的在于，提供一种制备稳定性增强的改性纳米粒子的方法，该方法包括如下步骤：

1）改性壳聚糖聚合物的制备：将壳聚糖充分溶解于酸性溶液中，加入聚乙二醇，于室温下反应48h，透析除去未反应的聚乙二醇，溶液冻干后得到聚乙二醇接枝修饰的壳聚糖；将硫辛酸溶解于乙醇溶液中，然后缓慢加入到聚乙二醇接枝修饰的壳聚糖的水溶液中，在1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺盐酸盐和N-羟基琥珀酰亚胺的催化作用下，将硫辛酸接枝到壳聚糖主链上，透析冻干后得到所述改性壳聚糖聚合物；

2）按将步骤1所得物加入到纳米粒子溶液中，得到混合溶液，混合溶液中纳米粒子的浓度为0.1-10mM，聚合物的二硫键浓度为0.1-100mM，搅拌10-40小时，加入过量硼氢化钠，离心后即得所述改性纳米粒子。

所述纳米粒子为贵金属纳米粒子或无机半导体纳米粒子。

优选的，所述贵金属纳米粒子为金纳米粒子、银纳米粒子、铂纳米粒子中的一种；所述的无机半导体纳米粒子为碲化镉、硫化镉、硫化锌、硒化锌、硫化铅、硒化铅中的一种或至少两种组成的复合纳米粒子。

本发明的有益效果：

1、所得改性纳米粒子具有显著的长时稳定性，同时还具备一定抗菌的功能性，满足体内长循环而不被破坏

2、具有良好的生物相容性，满足生物医学领域的应用；

3、制备方法简单易行。

附图说明

图1为活性聚乙二醇PEG-NO₂的核磁谱图；

图2为聚乙二醇和硫辛酸修饰的壳聚糖聚合物的红外谱图，图中Wavelength为“波长”；

图3为一步法原位制备的PEG-CS-LA修饰的金纳米粒子的透射电镜图；

图4为一步法原位制备的PEG-CS-LA修饰的金纳米粒子的紫外吸收图，图中Wavelength为“波长”，Absorbance为“吸光度”；

图5为制备PEG-CS-LA修饰的金纳米粒子的示意图，其中NaBH₄Reduction为“利用NaBH4进行还原”，PEG-CS-LAAuNP为“改性金纳米粒子”；

图6为改性纳米粒子在高盐浓度下（分别为1mol/L和2mol/L）三天后的的稳定性结果图，其中Wavelength为“波长”，Absorbance为“吸光度”；

图7为改性纳米粒子在高盐浓度下分别为1mol/L和2mol/L）14天后的的稳定性结果图，Wavelength为“波长”，Absorbance为“吸光度”。

具体实施方式

结合具体实施例及附图对本发明的技术方案进行详细阐述，但这些并不对权利要求的保护范围进行限定。

实施例1

聚乙二醇和硫辛酸修饰的壳聚糖共聚物（PEG-CS-LA）的制备：取10g分子量为10000的壳聚糖溶解于100ml酸性的水溶液中（pH5.0），加入壳聚糖上氨基摩尔总数4%的活性聚乙二醇，活性聚乙二醇的化学分子式以及核磁谱图如图1所示；室温条件下反应48h，反应后在去离子水中透析，最后产物冻干得到聚乙二醇修饰的壳聚糖，聚乙二醇的接枝率为2.7%。

取5g上述聚乙二醇修饰的壳聚糖，直接溶解于30ml水溶液中，并加热至80℃；取聚乙二醇修饰壳聚糖剩余氨基摩尔数20%的硫辛酸，以及与硫辛酸等摩尔数的EDC和NHS催化剂溶解于热乙醇中，并倾倒于上述水溶液中，保持80℃反应6h，反应后在去离子水中透析，最后产物冻干得到聚乙二醇和硫辛酸修饰的壳聚糖（如图2所示的红外谱图），硫辛酸的接枝率为16.8%。

实施例2

聚乙二醇和硫辛酸修饰的壳聚糖共聚物（PEG-CS-LA）的制备：取10g分子量为10000的壳聚糖溶解于100ml酸性的水溶液中（pH5.0），加入壳聚糖上氨基摩尔总数2.5%的活性聚乙二醇；室温条件下反应48h，反应后在去离子水中透析，最后产物冻干得到聚乙二醇修饰的壳聚糖，聚乙二醇的接枝率为1%。

取5g上述聚乙二醇修饰的壳聚糖，直接溶解于30ml水溶液中，并加热至80℃；取聚乙二醇修饰壳聚糖剩余氨基摩尔数1.5%的硫辛酸，以及与硫辛酸等摩尔数的EDC和NHS催化剂溶解于热乙醇中，并倾倒于上述水溶液中，保持80℃反应6h，反应后在去离子水中透析，最后产物冻干得到聚乙二醇和硫辛酸修饰的壳聚糖，硫辛酸的接枝率为1%。

实施例3

聚乙二醇和硫辛酸修饰的壳聚糖共聚物（PEG-CS-LA）的制备：取10g分子量为10000的壳聚糖溶解于100ml酸性的水溶液中（pH5.0），加入壳聚糖上氨基摩尔总数92%的活性聚乙二醇，活性聚乙二醇的化学分子式以及核磁谱图如图1所示；室温条件下反应48h，反应后在去离子水中透析，最后产物冻干得到聚乙二醇修饰的壳聚糖，聚乙二醇的接枝率为50%。

取5g上述聚乙二醇修饰的壳聚糖，直接溶解于30ml水溶液中，并加热至80℃；取聚乙二醇修饰壳聚糖剩余氨基摩尔数65%的硫辛酸，以及与硫辛酸等摩尔数的EDC和NHS催化剂溶解于热乙醇中，并倾倒于上述水溶液中，保持80℃反应6h，反应后在去离子水中透析，最后产物冻干得到聚乙二醇和硫辛酸修饰的壳聚糖，硫辛酸的接枝率为50%。

实施例4

由实施例1所得PEG-CS-LA聚合物修饰的金纳米粒子的制备：将氯金酸与PEG-CS-LA聚合物直接混合，纳米粒子浓度为0.25mM，聚合物的二硫键浓度为0.9mM。氯金酸会与聚合物上的氨基因静电作用络合在一起，然后加入过量的还原剂硼氢化钠，搅拌10小时后制备出PEG-CS-LA修饰的金纳米粒子。图3和图4为原位制备的金纳米粒子的透射电镜图片和紫外吸收图片。一步法原为制备的示意图如图5所示。

实施例5

由实施例1所得PEG-CS-LA聚合物修饰的银纳米粒子：将硝酸银与PEG-CS-LA聚合物直接混合，纳米粒子浓度为0.25mM，聚合物的二硫键浓度为0.9mM。银离子会与聚合物上的氨基因弱螯合作用络合在一起，然后加入过量的还原剂硼氢化钠，搅拌15小时后制备出PEG-CS-LA修饰的银纳米粒子。

实施例6

由实施例2所得PEG-CS-LA聚合物修饰的铂纳米粒子的制备：将纳米粒子与PEG-CS-LA聚合物直接混合，纳米粒子浓度为0.1mM，聚合物的二硫键浓度为0.1mM，然后加入过量的还原剂硼氢化钠，搅拌10小时后制备出PEG-CS-LA修饰的铂纳米粒子。

实施例7

由实施例3所得PEG-CS-LA聚合物修饰的铂纳米粒子的制备碲化镉纳米粒子的制备：将纳米粒子与PEG-CS-LA聚合物直接混合，纳米粒子浓度为10mM，聚合物的二硫键浓度为10mM，然后加入过量的还原剂硼氢化钠，搅拌40小时后制备出PEG-CS-LA修饰的碲化镉纳米粒子。

实施例8

由实施例3所得PEG-CS-LA聚合物修饰的铂纳米粒子的制备硫化镉纳米粒子的制备：将纳米粒子与PEG-CS-LA聚合物直接混合，纳米粒子浓度为10mM，聚合物的二硫键浓度为10mM，然后加入过量的还原剂硼氢化钠，搅拌40小时后制备出PEG-CS-LA修饰的硫化镉纳米粒子。

实施例9

除纳米粒子为硫化锌之外，其余与实施例8一致。

实施例10

除纳米粒子为硒化锌之外，其余与实施例8一致。

实施例11

除纳米粒子为硫化铅和硫化锌（摩尔比为1:1）之外，其余与实施例8一致。

实施例12

除纳米粒子为硒化铅之外，其余与实施例8一致。

实验例

改性纳米粒子的长期稳定性实验。

以实施例1和2为例，在使用PEG-CS-LA聚合物稳定纳米银的试验中，放置3天后，发现改性的纳米银在pH3~12条件下其峰位都位于球形纳米银的特征峰400nm左右吸光度变化不大（见表1），放置14天后，400nm左右吸光度仍变化不大（见表2），可知在改性的纳米银在广泛pH下具有很好的稳定性；从附图6、附图7可知，在高盐浓度条件下，纳米粒子的特征峰不变，峰宽变宽，吸光度在减小，可知纳米银的粒径分布在不断变化且纳米粒子在不断减少，但减少程度低。

Claims (7)

1.一种稳定性增强的改性纳米粒子，其特征在于，所述改性纳米粒子由改性壳聚糖聚合物螯合在纳米粒子上而得；所述改性壳聚糖聚合物为利用活性聚乙二醇和硫辛酸对壳聚糖进行改性而得，所述改性壳聚糖聚合物的化学结构式为

；

所述壳聚糖分子量为5000～500000，活性聚乙二醇的分子量为1000～10000,接枝率为1%～50%，硫辛酸接枝率为1%～50%；所述活性聚乙二醇的化学结构式为（1）或（2）：

。

2.根据权利要求1所述改性纳米粒子，其特征在于，所述改性壳聚糖聚合物的制备步骤如下：

1）将壳聚糖充分溶解于酸性溶液中，加入活性聚乙二醇，于室温下反应48h，透析除去未反应的活性聚乙二醇，溶液冻干后得到活性聚乙二醇接枝修饰的壳聚糖；

2）将硫辛酸溶解于乙醇溶液中，然后缓慢加入到步骤１）所得物的水溶液中，在1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺盐酸盐和N-羟基琥珀酰亚胺的催化作用下，将硫辛酸接枝到壳聚糖主链上，透析冻干后得到所述改性壳聚糖聚合物。

3.根据权利要求１所述的改性纳米粒子，其特征在于，所述纳米粒子为贵金属纳米粒子或无机半导体纳米粒子。

4.根据权利要求3所述的改性纳米粒子，其特征在于，所述贵金属纳米粒子为金纳米粒子、银纳米粒子、铂纳米粒子中的一种；所述的无机半导体纳米粒子为碲化镉、硫化镉、硫化锌、硒化锌、硫化铅、硒化铅中的一种或至少两种组成的复合纳米粒子。

5.制备如权利要求1所述的改性纳米粒子的方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：

1）改性壳聚糖聚合物的制备：将壳聚糖充分溶解于酸性溶液中，加入活性聚乙二醇，于室温下反应48h，透析除去未反应的活性聚乙二醇，溶液冻干后得到活性聚乙二醇接枝修饰的壳聚糖；将硫辛酸溶解于乙醇溶液中，然后缓慢加入到活性聚乙二醇接枝修饰的壳聚糖的水溶液中，在1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺盐酸盐和N-羟基琥珀酰亚胺的催化作用下，将硫辛酸接枝到壳聚糖主链上，透析冻干后得到所述改性壳聚糖聚合物；

2）按将步骤1所得物加入到纳米粒子溶液中，得到混合溶液，混合溶液中纳米粒子的浓度为0.1-10mM，聚合物的二硫键浓度为0.1-100mM，搅拌10-40小时，加入过量硼氢化钠，离心后即得所述改性纳米粒子。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，步骤2）中所述纳米粒子为贵金属纳米粒子或无机半导体纳米粒子。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述贵金属纳米粒子为金纳米粒子、银纳米粒子、铂纳米粒子中的一种；所述的无机半导体纳米粒子为碲化镉、硫化镉、硫化锌、硒化锌、硫化铅、硒化铅中的一种或至少两种组成的复合纳米粒子。