CN105267980A

CN105267980A - 一种磁性荧光石墨烯复合纳米药物载体的制备方法

Info

Publication number: CN105267980A
Application number: CN201510805317.7A
Authority: CN
Inventors: 刘福田; 丁永玲; 孙康宁; 唐秀; 杨路平; 宋圆圆
Original assignee: University of Jinan
Current assignee: University of Jinan
Priority date: 2015-11-20
Filing date: 2015-11-20
Publication date: 2016-01-27
Anticipated expiration: 2035-11-20
Also published as: CN105267980B

Abstract

本发明涉及一种磁性荧光石墨烯复合纳米药物载体的制备方法，属于无机纳米材料技术领域。该药物载体由磁性石墨烯和荧光纳米颗粒组成，其中磁性纳米颗粒为具有良好超顺磁性的四氧化三铁纳米颗粒，荧光纳米颗粒为荧光颜色可调的水溶性量子点，整个材料具有磁性和荧光双功能，荧光量子点均匀分布在磁性石墨烯片层结构的表面，其中磁性纳米颗粒的粒径大小在10-60？nm，量子点的粒径在1.5-10？nm。本发明选用磁性石墨烯负载抗肿瘤药物，增加了药物的载药量和稳定性。本发明反应条件温和，操作方法简单，复合石墨烯纳米药物载体具有良好的生物相容性和亲水性，可实现对肿瘤药物的可控负载与释放，同时具有磁靶向和荧光示踪功能，在药物载体、医学成像及生物检测等相关领域具有广泛的应用前景。

Description

一种磁性荧光石墨烯复合纳米药物载体的制备方法

技术领域

本发明涉及一种多功能肿瘤药物载体的制备方法，具体涉及一种磁性荧光石墨烯复合纳米药物载体的制备方法，该复合纳米药物载体同时具备了量子点的荧光性能、磁性纳米颗粒的磁性能以及石墨烯高的比表面积，可用作生物体内靶向定位和生物荧光成像方面。

背景技术

在石墨烯复合材料中，石墨烯由于极大的比表面积、优异的导电性、良好的化学稳定性、廉价简单的制备工艺和独特二维纳米结构等成为复合材料的理想载体。目前，石墨烯的复合材料己在许多领域包括催化、发光、储能、生物医学等，展示出了潜在的应用前景。将其它材料与石墨烯复合，能够极大的增强复合材料某些方面的性能。近年来，将金属纳米粒子、磁性纳米颗粒负载到氧化石墨烯表面制备多功能纳米复合材料，并探索其在材料、化学、生物医学等领域的应用发展迅速。在生物医学领域，氧化石墨烯由于其较高的比表面积和高的药物负载率，可以用作有效的药物载体，从而引起研究者们极大的兴趣。

肿瘤是目前威胁人类健康的重大疾病之一，传统的治疗方法都有一定局限性，如放疗和化疗在杀死肿瘤细胞的同时，也会损伤正常人体细胞。因此，长期以来人们期望将化疗和放疗药物定向定位地输送到特定的病灶组织和器官，实现局部病变局部治疗的目的。鉴于此，发展一种多功能药物载体，通过巧妙的设计，在单一且稳定的体系中整合多个功能化载体材料，以达到特定目的，如延长血液循环时间、靶向作用、药物控制释放、同时负载治疗剂、显像剂或造影剂等。通过化学键合、物理吸附或包裹的形式与药物分子构成独特的药物控制系统，合成的纳米药载兼备载药量高、靶向性好、毒性低、可控释放等特性，能够定时、定位、定量的发挥药效。

目前，利用磁性纳米颗粒装载到石墨烯表面制备的磁性石墨烯纳米复合材料，在磁靶向载药，生物分离，磁共振成像以及污水处理等领域展现出极大的应用潜力。半导体量子点具有良好的化学稳定性，光致发光特性以及量子尺寸效应，在生物荧光成像、生物分子识别及检测等方面得到广泛应用。如果能将量子点的荧光标记、磁性颗粒的磁性分离以及石墨烯材料大的比表面积多种功能溶于一体，通过一定的物理化学工艺制备出新型的磁性荧光石墨烯纳米复合材料，使其作为荧光探针的同时，还具有良好的磁响应特性，不仅可以进行生物分子水平上的检测和分离；还实现了多种模式成像，即荧光成像、磁共振成像(MRI)和激光共聚焦显微成像。

在作为药物载体方面的研究，氧化石墨烯主要通过π-π堆积和氢键作用负载药物，作为药物载体可被细胞吸收且没有明显的细胞毒性，对一些芳香类的药物分子具有很强的负载能力，同时，经有机分子的表面修饰及功能化，可进一步提高石墨烯材料的生物相容性及生物安全性。

发明内容

本发明的目的在于提供集磁性、荧光、石墨烯及药物负载于一体的多功能纳米药物载体的制备的方法，该方法制备的复合纳米药物载体具有磁响应性强、光稳定性高、药物负载量高制备工艺简单、分散性好且尺寸均匀等优点，在纳米药物载体领域具有广泛的应用。

本发明是通过以下措施实现的：

一种磁性荧光石墨烯复合纳米药物载体的制备方法，采用以下步骤：

（a）采用水热法制备磁性石墨烯纳米复合物：将三价铁盐、六亚甲基四胺与氧化石墨烯溶于乙二醇溶液中，经超声分散10-90min后移至水热高压反应釜，在150℃-220℃下反应4-12小时，反应完全后冷却至室温，用磁铁将磁性物质从溶液中分离出，用水和无水乙醇反复洗涤后再用磁铁分离，然后将分离得到的磁性石墨烯材料干燥，最后得到磁性石墨烯纳米复合物；

（b）采用共价键合法制备磁性荧光石墨烯复合纳米药物载体：①取0.01-0.8g步骤（a）中制备的磁性石墨烯纳米复合物分散到蒸馏水中，超声20-60min，使磁性石墨烯纳米复合颗粒分散均匀，并加入0.005-0.5g抗肿瘤药物，室温下振荡反应2-10h，产物用二次蒸馏水冲洗，离心冷冻干燥48h得到包含药物的包合物A；②取制备的浓缩的水相量子点溶于蒸馏水中，并加入0.01-0.5gN-羟基丁二酰亚胺（NHS），得到反应溶液B；③取0.005-0.05g包含药物的包合物A分散到蒸馏水中，并加入0.01-0.5g1-乙基-3-(3-二甲基胺丙基)碳化二亚胺盐酸盐（EDC），超声10-30min，得到反应溶液C；④将反应溶液B和C混合，室温下振荡反应2-8h，离心分离，蒸馏水洗涤，即得到磁性荧光石墨烯复合纳米药物载体。

本发明所述的一种磁性荧光石墨烯复合纳米药物载体的制备，量子点为表面带有亲水基团的水溶性量子点，量子点为II-VI族半导体材料，或者为II-VI半导体材料形成的复合材料，优选的量子点为ZnSe、CdSe、CdTe、CdS、ZnSe/ZnS、CdS/ZnS、CdSe/ZnS、CdTe/ZnS、Zn_XCd_1-XSe、CdSe_1-XS_X、CdSe_1-XTe_X、CdSe/ZnSe、CdS/ZnSe、CdTe/ZnSe、CdSe/CdS、CdTe/CdS、CdS/Zn_XCd_1-XS、ZnSe/Zn_XCd_1-XS、CdSe/Zn_XCd_1-XS或CdTe/Zn_XCd_1-XS，其中0＜X＜1。

本发明所述的一种磁性荧光石墨烯复合纳米药物载体的制备，荧光量子点和磁性纳米颗粒以单分散形式均匀分布在石墨烯表面，其中磁性纳米颗粒的粒径大小在10-60nm，量子点的粒径在1.5-10nm。

本发明所述的一种磁性荧光石墨烯复合纳米药物载体的制备，三价铁盐、六亚甲基四胺、氧化石墨烯与乙二醇的用量比为0.1-0.5g：0.2-1.5g：0.2-2g：10-100mL；磁性石墨烯药物包合物与量子点的摩尔比为1:1-1:20；所述的药物包括5-氟尿嘧啶、表阿霉素、柔红霉素、盐酸阿霉素中的至少一种。

本发明所述的一种磁性荧光石墨烯复合纳米药物载体的制备，所述三价铁盐为氯化铁、硫酸铁、硝酸铁、高氯酸铁或柠檬酸铁中的一种。

本发明所述的水溶性量子点的制备，量子点表面含有巯基、羧基、氨基中的至少一种；半导体量子点合成中所使用的亲水基团配体包括L-半胱氨酸、谷胱甘肽或巯基乙胺中的至少一种。

本发明的有益效果：

（1）本发明通过共价键合法组装磁性荧光石墨烯复合纳米药物载体，制备过程简单，反应条件温和，可最大限度保护药物分子的活性；

（2）本发明选择具有大的比表面积和生物相容性的石墨烯作为药物载体，增加药物的载药量和稳定性，降低药物的不良反应；

（3）本发明制备的多功能石墨烯复合纳米药物载体，可以实现药物靶向输送的同时，利用荧光标记技术，对药物的输送过程及细胞的作用过程进行实时监控，明显提高了生物分析和医学诊断的速度及准确率。

附图说明

图1为磁性荧光石墨烯复合纳米药物载体的SEM照片；

图2为磁性荧光石墨烯复合纳米药物载体的XRD图谱；

图3为磁性荧光石墨烯复合纳米药物载体的能谱图；

图4为不同摩尔比（磁性石墨烯：量子点）制备磁性荧光石墨烯复合纳米药物载体的荧光光谱图；

图5为磁性石墨烯和磁性荧光石墨烯复合纳米药物载体在室温下的磁滞回线。

具体实施方式

下面通过具体实施例说明本发明的技术方案，但是本发明的技术方案不以具体实施例为限。

实施例1：

1.1采用水热法制备磁性石墨烯纳米复合物。将0.1g六水合氯化铁、0.3g六亚甲基四胺与0.5g氧化石墨烯溶于50mL乙二醇溶液中，经30min超声分散后移至水热高压反应釜，在150℃下反应8小时，反应完全后冷却至室温，用磁铁将磁性物质从溶液中分离出，用水和无水乙醇反复洗涤后再用磁铁分离，然后将分离得到的磁性石墨烯在50℃下干燥10h，最后得到磁性石墨烯复合材料。

1.2水相制备CdTe量子点。在氮气保护下，将0.0945gNaBH₄与0.0063gTe粉溶于5mL蒸馏水中，加热至40℃，完全溶解后得到NaHTe溶液；取0.293gCd(Ac)₂溶入100mL蒸馏水中，待其完全溶解后加入2.0mmolL-半胱氨酸，用1mol/L的NaOH溶液调节pH=11，得到Cd的前驱体溶液；将Cd的前驱体转入三口瓶中，在氮气保护下迅速注入NaHTe溶液，油浴100℃回流，磁力搅拌2h后取出放入冰箱中快速冷却至室温，得到红色色透明溶液，即为制备好的CdTeQDs溶液。

1.3采用共价键合法制备磁性荧光石墨烯复合纳米药物载体：取0.01步骤1.1中制备的磁性石墨烯纳米复合物分散到蒸馏水中，超声30min，使磁性石墨烯纳米复合颗粒分散均匀，并加入0.01g抗肿瘤药物5-氟尿嘧啶，常温下振荡反应6h，产物用二次蒸馏水冲洗，离心冷冻干燥48h得到包含药物的包合物A；取制备的浓缩的水相CdTe量子点0.05g溶于蒸馏水中，并加入0.05gN-羟基丁二酰亚胺（NHS），得到反应溶液B；取0.005g包含药物的包合物A分散到蒸馏水中，并加入0.08g1-乙基-3-(3-二甲基胺丙基)碳化二亚胺盐酸盐（EDC），超声10min，得到反应溶液C；将反应溶液B和C混合，常温下振荡反应4h，离心分离，蒸馏水洗涤，即得到磁性荧光石墨烯复合纳米药物载体。图1为磁性荧光石墨烯复合纳米药物载体的SEM照片；图2为磁性荧光石墨烯复合纳米药物载体的XRD图谱。

实施例2：

2.1采用水热法制备磁性石墨烯纳米复合物。将0.8g六水合硫酸铁、1.1g六亚甲基四胺与1g氧化石墨烯溶于70mL乙二醇溶液中，经60min超声分散后移至水热高压反应釜，在180℃下反应6小时，反应完全后冷却至室温，用磁铁将磁性物质从溶液中分离出，用水和丙酮反复洗涤后再用磁铁分离，然后将分离得到的磁性石墨烯在80℃下干燥6h，最后得到磁性石墨烯复合材料。

2.2采用水相法制备CdTe/ZnS量子点.首先采用化学共沉淀法制备CdTe量子点，制备方法如上述实施例1中所述，不同点是反应时间为4h。取制备好的CdTe量子点溶在30mL蒸馏水中，其中CdTe量子点的浓度为1.67×10^-3mol/L，加入0.0329gZn(Ac)₂、0.0921g还原性谷胱甘肽，用配置好的浓度为1mol/LNaOH溶液调节pH值为8，在磁力搅拌下，油浴100℃回流，磁力搅拌反应2h后放入冰箱快速冷却至室温，得到水溶性高发光效率的CdTe/ZnS量子点。

2.3采用共价键合法制备磁性荧光石墨烯复合纳米药物载体：取0.05步骤2.1中制备的磁性石墨烯纳米复合物分散到蒸馏水中，超声30min，使磁性石墨烯纳米复合颗粒分散均匀，并加入0.1g抗肿瘤药物盐酸阿霉素，常温下振荡反应8h，产物用二次蒸馏水冲洗，离心冷冻干燥48h得到包含药物的包合物A；取制备的浓缩的水相CdTe/ZnS量子点0.05g溶于蒸馏水中，并加入0.06gN-羟基丁二酰亚胺（NHS），得到反应溶液B；取0.01g包含药物的包合物A分散到蒸馏水中，并加入0.08g1-乙基-3-(3-二甲基胺丙基)碳化二亚胺盐酸盐（EDC），超声20min，得到反应溶液C；将反应溶液B和C混合，常温下振荡反应6h，离心分离，蒸馏水洗涤，即得到磁性荧光石墨烯复合纳米药物载体。图3为磁性荧光石墨烯复合纳米药物载体的能谱图；图4为不同摩尔比（磁性石墨烯：量子点）制备磁性荧光石墨烯复合纳米药物载体的荧光光谱图。

实施例3：

3.1采用水热法制备磁性石墨烯纳米复合物。将1.2g六水合氯化铁、1.8g六亚甲基四胺与1.5g氧化石墨烯溶于100mL乙二醇溶液中，经90min超声分散后移至水热高压反应釜，在200℃下反应6小时，反应完全后冷却至室温，用磁铁将磁性物质从溶液中分离出，用水和无水乙醇反复洗涤后再用磁铁分离，然后将分离得到的磁性石墨烯在100℃下干燥4h，最后得到磁性石墨烯复合材料。

3.2ZnSe/ZnS量子点溶液的制备。首先采用化学共沉淀法制备ZnSe量子点，在氮气保护下，将0.01gNaBH₄与0.0061gSe粉溶于2mL蒸馏水中，加热至40℃，完全溶解后得到NaHSe溶液；取0.0439gZn(Ac)₂溶入20mL蒸馏水中，待其完全溶解后加入还原型谷胱甘肽0.0737g，用1mol/L的NaOH溶液调节pH=11.5，得到Zn的前驱体溶液；将Zn的前驱体转入三口瓶中，在氮气保护下迅速注入NaHSe溶液，油浴100℃回流，磁力搅拌1h后取出放入冰箱中快速冷却至室温，得到无色透明溶液，即为制备好的ZnSeQDs溶液。取制备好的ZnSe量子点15mL，其中ZnSe量子点的浓度为2.7×10^-3mol/L，加入0.0138gZn(Ac)₂、0.0277g还原性谷胱甘肽和0.01g硫脲，用配置好的浓度为1mol/LNaOH溶液调节pH值为10.5，在磁力搅拌下，油浴100℃回流，磁力搅拌反应2h后放入冰箱快速冷却至室温，得到淡黄色水溶性高发光效率的ZnSe/ZnS量子点。

3.3采用共价键合法制备磁性荧光石墨烯复合纳米药物载体：取0.4步骤3.1中制备的磁性石墨烯纳米复合物分散到蒸馏水中，超声60min，使磁性石墨烯纳米复合颗粒分散均匀，并加入0.4g抗肿瘤药物表阿霉素，常温下振荡反应10h，产物用二次蒸馏水冲洗，离心冷冻干燥48h得到包含药物的包合物A；取制备的浓缩的水相ZnSe/ZnS量子点0.4g溶于蒸馏水中，并加入0.08gN-羟基丁二酰亚胺（NHS），得到反应溶液B；取0.03g包含药物的包合物A分散到蒸馏水中，并加入0.2g1-乙基-3-(3-二甲基胺丙基)碳化二亚胺盐酸盐（EDC），超声30min，得到反应溶液C；将反应溶液B和C混合，常温下振荡反应8h，离心分离，蒸馏水洗涤，即得到磁性荧光石墨烯复合纳米药物载体。图5为磁性石墨烯和磁性荧光石墨烯复合纳米药物载体在室温下的磁滞回线。

Claims

1.一种磁性荧光石墨烯复合纳米药物载体的制备方法，其特征在于：该复合材料由磁性石墨烯及负载在石墨烯表面的荧光量子点纳米颗粒组成，所述量子点以单分散形式均匀分布在磁性石墨烯纳米片层结构表面，磁性荧光石墨烯复合纳米材料的饱和磁化强度为10-55emu/g，荧光发射峰为370-600nm。

2.根据权利要求1所述的一种磁性荧光石墨烯复合纳米药物载体的制备，其特征在于，所述的制备方法包括以下步骤：

3.根据权利要求1或2所述的一种磁性荧光石墨烯复合纳米药物载体的制备，其特征在于，所述的量子点为表面带有亲水基团的水溶性量子点，量子点为II-VI族半导体材料，或者为II-VI半导体材料形成的复合材料，优选的量子点为ZnSe、CdSe、CdTe、CdS、ZnSe/ZnS、CdS/ZnS、CdSe/ZnS、CdTe/ZnS、Zn_XCd_1-XSe、CdSe_1-XS_X、CdSe_1-XTe_X、CdSe/ZnSe、CdS/ZnSe、CdTe/ZnSe、CdSe/CdS、CdTe/CdS、CdS/Zn_XCd_1-XS、ZnSe/Zn_XCd_1-XS、CdSe/Zn_XCd_1-XS或CdTe/Zn_XCd_1-XS，其中0＜X＜1。

4.根据权利要求1或2所述的一种磁性荧光石墨烯复合纳米药物载体的制备，所述荧光量子点和磁性纳米颗粒以单分散形式均匀分布在石墨烯表面，其中磁性纳米颗粒的粒径大小在10-60nm，量子点的粒径在1.5-10nm。

5.根据权利要求2所述的一种磁性荧光石墨烯复合纳米药物载体的制备，其特征在于，所述三价铁盐、六亚甲基四胺、氧化石墨烯与乙二醇的用量比为0.1-0.5g：0.2-1.5g：0.2-2g：10-100mL；磁性石墨烯药物包合物与量子点的摩尔比为1:1-1:20；所述的药物包括5-氟尿嘧啶、表阿霉素、柔红霉素、盐酸阿霉素中的至少一种。

6.根据权利要求2所述的一种磁性荧光石墨烯复合纳米药物载体的制备，其特征在于，所述三价铁盐为氯化铁、硫酸铁、硝酸铁、高氯酸铁或柠檬酸铁中的一种。

7.根据权利要求3所述的水溶性量子点的制备，其特征是：所述量子点表面含有巯基、羧基、氨基中的至少一种；半导体量子点合成中所使用的亲水基团配体包括L-半胱氨酸、谷胱甘肽或巯基乙胺中的至少一种。