CN104888233A - 一种含甘草酸修饰的多壁碳纳米管复合材料的制备方法 - Google Patents

一种含甘草酸修饰的多壁碳纳米管复合材料的制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种含甘草酸修饰的多壁碳纳米管复合材料的制备方法，包括：将羧基化的多壁碳纳米管MCNT分散在溶剂中，加入EDC活化后加入PEI溶液，反应12-24h，透析，冷冻干燥后得到MCNT-PEI；将得到的MCNT-PEI溶于水中，加入异硫氰酸荧光素FITC溶液，然后加入经过EDC和NHS活化的甘草酸GL，反应12-24h，得到MCNT-PEI-FI-GL；加入三乙胺，然后加入乙酸酐，反应12-24h，透析，冷冻干燥，即得含甘草酸修饰的多壁碳纳米管复合材料。本发明的制备过程简单，实验条件为常温常压，易于操作，制备得到的复合材料用作药物的负载及缓释，特定组织的定向输送。

Description

一种含甘草酸修饰的多壁碳纳米管复合材料的制备方法
技术领域
本发明属于碳纳米管复合材料的制备领域，特别涉及一种含甘草酸修饰的多壁碳纳米管复合材料的制备方法。
背景技术
碳纳米管是一种具有独特结构的一维量子材料，由石墨碳原子层卷曲而成，管的直径一般为几纳米到几十纳米，管壁厚度仅为几纳米，长度可达数微米。碳纳米管因具有极高的强度，纳米尺度的尖端，较大的比表面积和特殊的管道结构，在生物、化学、材料等方面展现出良好的应用前景。目前研究表明，由于制备技术的成熟，碳纳米管作为诊断试剂、化疗药物、蛋白和多肽等生物材料的载体有明显的优势，如将碳纳米管作为药物载体，通过堆积作用可负载药物，这些药物的释放依赖于体系的环境的pH，因此具有一定的靶向性。
聚乙烯亚胺(Polyethyleneimine，PEI)是一种高附着性、高吸附性的高分子材料，其中的胺基能与羟基反应生成氢键，与羧基反应生成离子键，也可以和碳酰基反应成共价键，同时由于具有极性基团和疏水基的存在，可以与不同的物质有很强的结合能力。PEI在水中以聚阳离子的形式存在，能够吸附和中和所有的阴离子物质，并且还能螯化重金属离子，应用于造纸，水处理等环境保护领域。
除此之外，PEI同时也是附着力促进剂和转染试剂。由于PEI是阳离子聚合物，细胞外表面的负电荷附着到覆盖有PEI的培养皿地面，为细胞和平板之间提供了更强的附着力。然而无论是附着力促进剂还是转染试剂，PEI都有很强的细胞的毒性，从而限制了其应用。因此，有必要对其进行改性处理，使之有更加广泛的应用和发展。
甘草酸(Glycyrrhizic Acid，GL)是甘草的主要成分，具有消炎、抗过敏及抗微生物等多种功效，理论上可以用于治疗各种原因所致的炎症性疾病。随着目前对甘草酸及其衍生物药理作用研究的进一步深入，甘草酸在治疗各种肝损害临床应用上有广阔的前景。研究表明，甘草酸通过抗炎、抗脂质过氧化、调节免疫和稳定溶酶体膜等作用，在体内能高度的靶向肝细胞，有效的防止实验性和临床的各种肝损害。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种含甘草酸修饰的多壁碳纳米管复合材料的制备方法，该发明采用化学键合的方法合成含甘草酸的多壁碳纳米管复合材料，操作简单，实验条件温和；制备得到的复合材料可作为药物的负载及缓释。
本发明的一种含甘草酸修饰的多壁碳纳米管复合材料的制备方法，包括：
(1)将羧基化的多壁碳纳米管MCNT分散在溶剂中，加入EDC活化，然后加入聚乙烯亚胺PEI溶液，反应12-24h，透析，冷冻干燥，得到MCNT-PEI；其中，MCNT与EDC的质量比为1-3:1，MCNT与PEI的质量比为1:1-1:2；
(2)将步骤(1)中的MCNT-PEI溶于水中，加入异硫氰酸荧光素FITC溶液，得到混合溶液；其中，MCNT-PEI与FITC的摩尔比为1:10～1:20；
(3)将甘草酸GL加入EDC和NHS活化，然后加入到步骤(2)的混合溶液中，反应12-24h，得到MCNT-PEI-FI-GL；其中，GL、EDC、NHS的摩尔比为1:1:1-1:10:10，MCNT-PEI与GL的摩尔比为1:10-1:20；
(4)向步骤(3)中得到的MCNT-PEI-FI-GL中加入三乙胺，然后加入乙酸酐，反应12-24h，透析，冷冻干燥，即得含甘草酸修饰的多壁碳纳米管复合材料；其中，MCNT-PEI-FI-GL中氨基与乙酸酐的摩尔比为1:5-1:10，与三乙胺的摩尔比为1:1-1:5，其中三乙胺和乙酸酐的摩尔比为1:1.5。
所述步骤(1)中溶剂和PEI溶液中的溶剂均为二甲基亚砜。
所述步骤(1)中活化的时间为2-3h。
所述步骤(2)中FITC溶液的溶剂为二甲基亚砜。
所述步骤(3)中活化的时间为2-3h。
所述步骤(4)中加入三乙胺后混合30min。
所述步骤(1)和步骤(4)中透析时采用的是透析袋，先在pH＝6-7的缓冲液中透析，再在水中透析。
有益效果
(1)本发明采用化学键合的方法，合成含甘草酸的多壁碳纳米管复合材料，制备方法操作简单、实验条件温和；
(2)本发明的多壁碳纳米管复合材料克服了碳纳米管分散性差的缺陷，通过甘草酸及乙酰化的修饰，降低了PEI的毒性并改善材料的生物相容性，具有应用其做后续相关实验分析的潜力；
(3)本发明制备得到的含甘草酸的多壁碳纳米管复合材料用作药物的负载及缓释，特定组织的定向输送。
附图说明
图1为实施例1中得到的含甘草酸修饰的多壁碳纳米管复合材料的TEM图；
图2为实施例2所得的MCNT-PEI、GL及含MCNT-PEI-FI-GL的1H-NMR图谱；其中a为MCNT-PEI、b为GL、c为MCNT-PEI-FI-GL；
图3为实施例3所得的MCNT-PEI、GL及含MCNT-PEI-FI-GL的UV-Vis图谱。
具体实施方式
下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。
实施例1
(1)将羧基化的MCNT(100mg)，溶解在20mL DMSO中，然后加入EDC(48mg)活化搅拌反应3h。在搅拌的情况下，逐滴加入10mL含PEI(150mg)的DMSO溶液，在室温状态下超声搅拌反应24h。最后将反应溶液放入透析袋(MW＝100,000)中，用透析法将未反应的杂质及副产物除去，先用PBS缓冲液透析2次，每次2L，再用蒸馏水透析7次。最后将产物冷冻干燥后获得MCNT-PEI。
(2)称取40mgMCNT-PEI于水中加入1.4mgFITC的DMSO溶液，另称取18mgGL于水中加入14mgEDC、8.6mgNHS活化三小时，之后加入MCNT-PEI溶液中，搅拌反应24h后，加入360μl三乙胺，30min后加240μl乙酸酐。搅拌反应24h。最后将反应溶液放入透析袋(MW＝8,000～14,000)中，用透析法将未反应的杂质及副产物除去，先用PBS缓冲液透析2次，每次2L，再用蒸馏水透析7次。最后将产物冷冻干燥。
(3)对最终产物的TEM表征如图1所示，可以看出多壁碳纳米管经过多功能修饰过后依然保持其中空管状结构，即修饰仅发生在碳纳米管的表面，并不改变碳纳米管本身的结构。
实施例2
(1)将羧基化的MCNT(360mg)，溶解在40mL DMSO中，然后加入EDC(120mg)活化搅拌反应3h。在搅拌的情况下，逐滴加入20mL含PEI(450mg)的DMSO溶液，在室温状态下超声搅拌反应24h。最后将反应溶液放入透析袋(MW＝100,000)中，用透析法将未反应的杂质及副产物除去，先用PBS缓冲液透析2次，每次2L，再用蒸馏水透析7次。最后将产物冷冻干燥后获得MCNT-PEI。
(2)称取20mgMCNT-PEI于水中加入0.6mgFITC的DMSO溶液，另称取33mgGL于水中加入10mgEDC、6.3mgNHS活化三小时，之后加入MCNT-PEI溶液中，搅拌反应24h后，加入240μl三乙胺，30min后加130μl乙酸酐。搅拌反应24h。最后将反应溶液放入透析袋(MW＝8,000～14,000)中，用透析法将未反应的杂质及副产物除去，先用PBS缓冲液透析2次，每次2L，再用蒸馏水透析7次。最后将产物冷冻干燥。
(3)MCNT-PEI、GL、MCNT-PEI-FI-GL的1H-NMR图谱如图2所示，图2-a中的δ＝2.37～3.31ppm为PEI上的氨基质子峰；图2-c与图2-b和图2-a相比，在δ＝1.74～2.25和δ＝3～4ppm出多了许多质子峰，表明MCNT-PEI和GL已经成功结合，进一步进行积分运算，每分子PEI上大约有10个GL。
实施例3
(1)将羧基化的MCNT(50mg)，溶解在10mL DMSO中，然后加入EDC(33mg)活化搅拌反应3h。在搅拌的情况下，逐滴加入10mL含PEI(75mg)的DMSO溶液，在室温状态下超声搅拌反应24h。最后将反应溶液放入透析袋(MW＝100,000)中，用透析法将未反应的杂质及副产物除去，先用PBS缓冲液透析2次，每次2L，再用蒸馏水透析7次。最后将产物冷冻干燥后获得MCNT-PEI。
(2)称取30mgMCNT-PEI于水中加入1mgFITC的DMSO溶液，另称取23mgGL于水中加入15.3mgEDC、11mgNHS活化三小时，之后加入MCNT-PEI溶液中，搅拌反应24h后，加入300μl三乙胺，30min后加200μl乙酸酐。搅拌反应24h。最后将反应溶液放入透析袋(MW＝8,000～14,000)中，用透析法将未反应的杂质及副产物除去，先用PBS缓冲液透析2次，每次2L，再用蒸馏水透析7次。最后将产物冷冻干燥。
(3)MCNT-PEI、GL、MCNT-PEI-FI-GL的UV-Vis图谱如图3所示，MCNT-PEI-FI-GL在501nm处存在吸收峰，该吸收峰为FITC的特征吸收峰，说明FITC已经成功接入到碳纳米管复合材料中。
实施例4
(1)将羧基化的MCNT(50mg)，溶解在10mL DMSO中，然后加入EDC(33mg)活化搅拌反应3h。在搅拌的情况下，逐滴加入10mL含PEI(75mg)的DMSO溶液，在室温状态下超声搅拌反应24h。最后将反应溶液放入透析袋(MW＝100,000)中，用透析法将未反应的杂质及副产物除去，先用PBS缓冲液透析2次，每次2L，再用蒸馏水透析7次。最后将产物冷冻干燥后获得MCNT-PEI。
(2)称取30mgMCNT-PEI于水中加入1mgFITC的DMSO溶液，另称取23mgGL于水中加入15.3mgEDC、11mgNHS活化三小时，之后加入MCNT-PEI溶液中，搅拌反应24h后，加入300μl三乙胺，30min后加200μl乙酸酐。搅拌反应24h。最后将反应溶液放入透析袋(MW＝8,000～14,000)中，用透析法将未反应的杂质及副产物除去，先用PBS缓冲液透析2次，每次2L，再用蒸馏水透析7次。最后将产物冷冻干燥。
(3)MCNT-PEI、GL、MCNT-PEI-FI-GL的Zeta电势如表1所示，PEI的修饰使带负电电荷的MCNT表面电势上升，达到27mV。经过GL和乙酰化的修饰之后，MCNT-PEI-FI-GL的表面电势降低至14.58mV。表明已成功将GL修饰到MCNT-PEI的表面，其余的氨基也被完全乙酰化。
表1实施例4中MCNT-PEI、GL、MCNT-PEI-FI-GL的Zeta电势
样品 Zeta电势/mV
MCNT -10.6±0.6
MCNT-PEI 27±1.62
MCNT-PEI-FI-GL 14.58±0.19

Claims (7)

1.一种含甘草酸修饰的多壁碳纳米管复合材料的制备方法，包括：
(1)将羧基化的多壁碳纳米管MCNT分散在溶剂中，加入EDC活化，然后加入聚乙烯亚胺PEI溶液，反应12-24h，透析，冷冻干燥，得到MCNT-PEI；其中，MCNT与EDC的质量比为1-3:1，MCNT与PEI的质量比为1:1-1:2；
(2)将步骤(1)中的MCNT-PEI溶于水中，加入异硫氰酸荧光素FITC溶液，得到混合溶液；其中，MCNT-PEI与FITC的摩尔比为1:10～1:20；
(3)将甘草酸GL加入EDC和NHS活化，然后加入到步骤(2)的混合溶液中，反应12-24h，得到MCNT-PEI-FI-GL；其中，GL、EDC、NHS的摩尔比为1:1:1-1:10:10，MCNT-PEI与GL的摩尔比为1:10-1:20；
(4)向步骤(3)中得到的MCNT-PEI-FI-GL中加入三乙胺，然后加入乙酸酐，反应12-24h，透析，冷冻干燥，即得含甘草酸修饰的多壁碳纳米管复合材料；其中，MCNT-PEI-FI-GL中氨基与乙酸酐的摩尔比为1:5-1:10，与三乙胺的摩尔比为1:1-1:5。
2.根据权利要求1所述的一种含甘草酸修饰的多壁碳纳米管复合材料的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中溶剂和PEI溶液中的溶剂均为二甲基亚砜。
3.根据权利要求1所述的一种含甘草酸修饰的多壁碳纳米管复合材料的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中活化的时间为2-3h。
4.根据权利要求1所述的一种含甘草酸修饰的多壁碳纳米管复合材料的制备方法，其特征在于，所述步骤(2)中FITC溶液的溶剂为二甲基亚砜。
5.根据权利要求1所述的一种含甘草酸修饰的多壁碳纳米管复合材料的制备方法，其特征在于，所述步骤(3)中活化的时间为2-3h。
6.根据权利要求1所述的一种含甘草酸修饰的多壁碳纳米管复合材料的制备方法，其特征在于，所述步骤(4)中加入三乙胺后混合30min。
7.根据权利要求1所述的一种含甘草酸修饰的多壁碳纳米管复合材料的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)和步骤(4)中透析时采用的是透析袋，先在pH＝6-7的缓冲液中透析，再在水中透析。
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