CN105462580B - 一种荧光靶向的锌掺杂四氧化三铁纳米颗粒及制备 - Google Patents

一种荧光靶向的锌掺杂四氧化三铁纳米颗粒及制备 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种荧光/靶向的锌掺杂四氧化三铁纳米颗粒，利用水热合成法通过控制反应条件制备出11nm的锌掺杂的超顺磁四氧化三铁纳米颗粒，并在其表面连接荧光分子（荧光素异硫氰酸酯，FITC）及靶向抗体分子（环状的精氨酸‑甘氨酸‑天冬氨酸，c(RGDyK)），从而得到荧光/靶向/多功能的磁性纳米复合材料。本发明反应条件温和，成本低廉，操作方法简单，制备的磁性荧光复合纳米颗粒具有良好的磁性能、荧光示踪功能及靶向性能。除此之外该纳米颗粒还具有良好的生物相容性和亲水性，在药物载体、磁共振成像、生物标记、生物分离、免疫检测、等领域具有广泛应用前景。

Description

一种荧光靶向的锌掺杂四氧化三铁纳米颗粒及制备
技术领域
本发明涉及一种荧光/靶向的锌掺杂四氧化三铁纳米颗粒，具体涉及一种以锌掺杂的四氧化三铁纳米颗粒为介质，同时连接荧光分子和靶向抗体分子的多功能磁性纳米复合材料。本发明属于纳米生物医药材料领域。
背景技术
在磁性纳米材料领域中，针对各种类型的氧化铁（如磁赤铁矿γ-Fe2O3和磁铁矿Fe3O4）已经进行了很多的研究。磁铁矿由于其生物相容性而被作为潜在的应用对象。除了具有纳米材料一般的特性之外，良好的化学稳定性和磁响应性使得超顺磁氧化铁(SIONPs)被广泛应用在在生物医学领域，如生物成像、靶向药物输送、生物传感器、抗癌热疗治疗、器官修复和细胞筛选。在磁场的作用下，抗癌药物利用SPIONs作为药物传输系统可以穿过血管系统而定向到达肿瘤部位，从而减少了对健康细胞的损伤作用。为了确保在药物释放之前药物载体能够到达定点部位，足够的磁化率对有效地利用磁场力是非常有必要的。Zn2+掺杂的SIONPs比常规的SIONPs要具有更高的磁化率，因此作为药物载体和成像造影剂，Zn2+掺杂的SIONPs比常规的SIONPs要更有优势。
肿瘤是目前威胁人类健康的重大疾病之一，且由于肿瘤细胞的过度增殖和对正常组织的侵犯、转移，使得人类对于肿瘤的治愈大大受到限制。然而目前在临床肿瘤诊断和治疗中广泛应用的药物多为非选择性药物，常规治疗产生显著的毒副作用导致患者不能耐受，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。故提高诊断和治疗药物对肿瘤细胞的选择性，实现局部病变局部诊断和治疗的目的。靶向性药物能最大限度地进入到靶区，并在靶区浓集，直接作用于病变组织、器官和细胞， 增强病变部位诊断的灵敏度及治疗效果，并减少对正常组织的毒副作用。鉴于此，发展一种多功能磁性纳米材料，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，如荧光示踪、靶向作用、同时具有较好的显像或造影效果等。
发明内容
为克服现有技术的不足，本发明涉及一种荧光/靶向的锌掺杂四氧化三铁纳米颗粒。首先，利用水热合成法通过控制反应条件制备出11nm的锌掺杂的超顺磁四氧化三铁纳米颗粒，并在其表面连接荧光分子及靶向抗体分子，从而得到荧光/靶向/多功能的磁性纳米复合材料。本发明反应条件温和，成本低廉，操作方法简单，制备的荧光/靶向磁性复合纳米颗粒具有良好的磁性能、荧光示踪功能及靶向性能。除此之外该纳米颗粒还具有良好的生物相容性和亲水性，在纳米生物技术领域具有更广泛的应用。
为实现这样的目的，在本发明的技术方案中，以一定比例的无机铁盐和无机锌盐为原料，在有机酸作为表面活性剂。同时以碱、醇类和水作为溶剂，在一定温度时反应若干个小时，即可制高磁饱和值、高结晶度的、颗粒均一的Zn0.4Fe2.6O4 NPs。进一步地，以二巯基丁二酸（DMSA）作为表面活性剂进行两次水交换，即可得到稳定的水溶性纳米颗粒。进一步地，以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）为偶联剂，将乙二胺和c(RGDyK)与DMSA-Zn0.4Fe2.6O4 NPs进行连接。最后将荧光染料（荧光素异硫氰酸酯，FITC）进行反应，即可得到具有荧光/靶向的磁性纳米材料。
一种荧光/靶向的锌掺杂四氧化三铁纳米颗粒的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
首先把FeSO4·(NH4)2SO4·6H2O 和ZnSO4溶解在20ml的水里，使得前体达到1.73×10-3 mol Fe2+ and 2.67×10-4 mol Zn2+ 的目的；其次，把10ml油酸、10ml水和1g NaOH混合，在常温下磁力搅拌直到得到均匀的溶液；再者，把前体Fe2+和Zn2+溶液倒进该均匀溶液中，搅拌几分钟以后，混合溶液变成深棕色；最后把该溶液转移进50ml反应釜中，密封，230度加热15个小时；反应结束以后，冷却至室温，产品沉积在釜底，用环己烷溶解取出纳米颗粒，再把乙醇加入容有纳米颗粒的环己烷中，沉淀出纳米颗粒，最后纳米颗粒再用乙醇反复洗数次，颗粒表面的有机表面活性剂用二巯基丁二酸（DMSA）在60℃水浴机械搅拌12小时，重复两次交换，得到DMSA包裹的锌掺杂的超顺磁四氧化三铁纳米颗粒；该纳米颗粒能够彻底溶解在水相中；
取EDC和NHS溶解在PBS缓冲液中（PH=7.4， 0.05M）中，并用0.2M的盐酸调解PH，把上述溶液加入到DMSA-Zn0.4Fe2.6O4 NPs中，并超声10分钟，室温下反应，将混合物用PBS 缓冲液（PH=7.4， 0.01M）磁分离洗涤3 次以除去多余的EDC和NHS，将活化后的DMSA-Zn0.4Fe2.6O4 NPs重新分散在PBS缓冲液中，把乙二胺和c(RGDyK)溶解在PBS缓冲液中，并加入到以上活化后的DMSA-Zn0.4Fe2.6O4 NPs溶液中，室温反应过夜，混合物用PBS 缓冲液（PH=7.4， 0.01M）磁分离洗涤3 次以除去多余的游离乙二胺和抗体分子，然后重悬于PBS 中，并将荧光物质加入其中进行反应过夜，用H2O/二甲基亚砜（DMSO）（1:4，v/v）溶液进行超滤离心洗去多余的游离荧光物质，即可得到荧光/靶向磁性纳米材料。
所述的荧光物质可以为荧光素异硫氰酸酯或罗丹明异硫氰酸酯。
所述的洗去多余的游离荧光物质用的是H2O/二甲基亚砜（DMSO）（1:4，v/v）溶液并进行超滤离心。
所述的乙二胺和抗体分子是以酰胺键的形式标记到纳米颗粒上。
所述的锌掺杂的超顺磁纳米颗粒的粒径为10-20nm。
所述的多肽抗体分子的序列为cyclo (Arg-Gly-Asp-d-Tyr-Lys)。
所述的抗体分子能特异性识别脑胶质瘤、肺癌或乳腺癌细胞上高表达的整合素（ɑvβ3）相关受体。
一种荧光/靶向的锌掺杂四氧化三铁纳米颗粒，根据上述任一所述方法制备得到，具有良好的磁性能、荧光示踪功能及靶向性能。
本发明的优点在于：
本发明以高磁饱和值的DMSA-Zn0.4Fe2.6O4 NPs为介质，通过偶联的方法将荧光分子和靶向分子连接到其表面，使得该纳米材料不仅具备磁靶向定位，同时具备了抗体靶向定位、荧光示踪的功能。所用原料生物安全性高，经济简单。
本发明中双次水交换得到的亲水性纳米颗粒，表面具有大量的羧基，为同时连接上足够的荧光物质和抗体分子提供了前提条件。
本发明中的制备方法工艺简单，可操作性强，能进一步满足生产和应用。
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．DMSA-Zn0.4Fe2.6O4 NPs的制备
首先把FeSO4·(NH4)2SO4·6H2O 和ZnSO4溶解在20ml的水里，使得前体达到1.73×10-3 mol Fe2+ and 2.67×10-4 mol Zn2+ 的目的。其次，把10ml油酸、10ml水和1g NaOH混合，在常温下磁力搅拌直到得到均匀的溶液。再者，把前体Fe2+和Zn2+溶液倒进该均匀溶液中，搅拌几分钟以后，混合溶液变成深棕色。最后把该溶液转移进50ml反应釜中，密封，230度加热15个小时。反应结束以后，冷却至室温。产品沉积在釜底，用环己烷溶解取出纳米颗粒。再把乙醇加入容有纳米颗粒的环己烷中，沉淀出纳米颗粒，最后纳米颗粒再用乙醇反复洗数次。颗粒表面的有机表面活性剂用二巯基丁二酸（DMSA）在60℃水浴机械搅拌12小时，重复两次交换，得到DMSA包裹的锌掺杂的超顺磁四氧化三铁纳米颗粒。该纳米颗粒能够彻底溶解在水相中。
2. c(RGDyK)-DMSA- Zn0.4Fe2.6O4 NPs的制备
取6ml EDC（40mM）和NHS（200mM）溶解在PBS缓冲液中（PH=7.4， 0.05M）中，并用0.2M的盐酸调解PH至4。把上述溶液加入到6ml 2mg/ml的DMSA-Zn0.4Fe2.6O4 NPs中，并超声10分钟，室温下反应。将混合物用PBS 缓冲液（PH=7.4， 0.01M）磁分离洗涤3 次以除去多余的EDC和NHS，将活化后的DMSA-Zn0.4Fe2.6O4 NPs重新分散在PBS缓冲液中。把33.3ul乙二胺加入到以上活化后的DMSA-Zn0.4Fe2.6O4 NPs溶液中，室温反应过夜。混合物用PBS 缓冲液（PH=7.4， 0.01M）磁分离洗涤3 次以除去多余的游离乙二胺，然后重悬于PBS 中，并将100ul 1mg/ml FITC加入其中进行反应过夜。用H2O/二甲基亚砜（DMSO）（1:4，v/v）进行超滤离心洗去多余的游离荧光物质。即可得到荧光磁性纳米材料。
经表征DMSA-Zn0.4Fe2.6O4 NPs的水和动力学半径为22nm，Zeta电势为-30mV；NH2 -Zn0.4Fe2.6O4 NPs水和动力学半径为21nm，Zeta电势为-5mV；FITC-NH2 -Zn0.4Fe2.6O4 NPs水和动力学半径为27nm，Zeta电势为-13.5mV。
实施例2：
1．DMSA-Zn0.4Fe2.6O4 NPs的制备
首先把FeSO4·(NH4)2SO4·6H2O 和ZnSO4溶解在20ml的水里，使得前体达到1.73×10-3 mol Fe2+ and 2.67×10-4 mol Zn2+ 的目的。其次，把10ml油酸、10ml水和1g NaOH混合，在常温下磁力搅拌直到得到均匀的溶液。再者，把前体Fe2+和Zn2+溶液倒进该均匀溶液中，搅拌几分钟以后，混合溶液变成深棕色。最后把该溶液转移进50ml反应釜中，密封，230度加热15个小时。反应结束以后，冷却至室温。产品沉积在釜底，用环己烷溶解取出纳米颗粒。再把乙醇加入容有纳米颗粒的环己烷中，沉淀出纳米颗粒，最后纳米颗粒再用乙醇反复洗数次。颗粒表面的有机表面活性剂用二巯基丁二酸（DMSA）在60℃水浴机械搅拌12小时，重复两次交换，得到DMSA包裹的锌掺杂的超顺磁四氧化三铁纳米颗粒。该纳米颗粒能够彻底溶解在水相中。
2. c(RGDyK)-DMSA- Zn0.4Fe2.6O4 NPs的制备
取6ml EDC（40mM）和NHS（200mM）溶解在PBS缓冲液中（PH=7.4， 0.05M）中，并用0.2M的盐酸调解PH至4。把上述溶液加入到6ml 2mg/ml的DMSA-Zn0.4Fe2.6O4 NPs中，并超声10分钟，室温下反应。将混合物用PBS 缓冲液（PH=7.4， 0.01M）磁分离洗涤3 次以除去多余的EDC和NHS，将活化后的DMSA-Zn0.4Fe2.6O4 NPs重新分散在PBS缓冲液中。进一步地，把0.5ml 2mg/ml c（RGDyk）加入到以上活化后的DMSA-Zn0.4Fe2.6O4 NPs溶液中，室温反应过夜。混合物用PBS 缓冲液（PH=7.4， 0.01M）磁分离洗涤3 次以除去多余的游离c（RGDyk），然后重悬于PBS 中，即可得到靶向磁性纳米材料。
经表征DMSA-Zn0.4Fe2.6O4 NPs的水和动力学半径为22nm，Zeta电势为-30mV；RGD -Zn0.4Fe2.6O4 NPs水和动力学半径为25nm，Zeta电势为-39mV。
实施例3
1．DMSA-Zn0.4Fe2.6O4 NPs的制备
首先把FeSO4·(NH4)2SO4·6H2O 和ZnSO4溶解在20ml的水里，使得前体达到1.73×10-3 mol Fe2+ and 2.67×10-4 mol Zn2+ 的目的。其次，把10ml油酸、10ml水和1g NaOH混合，在常温下磁力搅拌直到得到均匀的溶液。再者，把前体Fe2+和Zn2+溶液倒进该均匀溶液中，搅拌几分钟以后，混合溶液变成深棕色。最后把该溶液转移进50ml反应釜中，密封，230度加热15个小时。反应结束以后，冷却至室温。产品沉积在釜底，用环己烷溶解取出纳米颗粒。再把乙醇加入容有纳米颗粒的环己烷中，沉淀出纳米颗粒，最后纳米颗粒再用乙醇反复洗数次。颗粒表面的有机表面活性剂用二巯基丁二酸（DMSA）在60℃水浴机械搅拌12小时，重复两次交换，得到DMSA包裹的锌掺杂的超顺磁四氧化三铁纳米颗粒。该纳米颗粒能够彻底溶解在水相中。
2. c(RGDyK)-DMSA- Zn0.4Fe2.6O4 NPs的制备
取6ml EDC（40mM）和NHS（200mM）溶解在PBS缓冲液中（PH=7.4， 0.05M）中，并用0.2M的盐酸调解PH至4。把上述溶液加入到6ml 2mg/ml的DMSA-Zn0.4Fe2.6O4 NPs中，并超声10分钟，室温下反应。将混合物用PBS 缓冲液（PH=7.4， 0.01M）磁分离洗涤3 次以除去多余的EDC和NHS，将活化后的DMSA-Zn0.4Fe2.6O4 NPs重新分散在PBS缓冲液中。进一步地，把33ul乙二胺和0.5ml 2mg/ml c（RGDyk）加入到以上活化后的DMSA-Zn0.4Fe2.6O4 NPs溶液中，室温反应过夜。混合物用PBS 缓冲液（PH=7.4， 0.01M）磁分离洗涤3 次以除去多余的游离c（RGDyk）和乙二胺，然后重悬于PBS 中，并将100ul 1mg/ml FITC加入其中进行反应过夜。用H2O/二甲基亚砜（DMSO）（1:4，v/v）超滤离心洗去多余的游离荧光物质。即可得到荧光/靶向磁性纳米材料。
经表征DMSA-Zn0.4Fe2.6O4 NPs的水和动力学半径为22nm，Zeta电势为-30mV；NH2 -Zn0.4Fe2.6O4 NPs-RGD水和动力学半径为28nm，Zeta电势为-25mV；FITC-NH2-Zn0.4Fe2.6O4NPs-RGD水和动力学半径为31nm，Zeta电势为-33mV。
实施例4：
1．DMSA-Zn0.4Fe2.6O4 NPs的制备
首先把FeSO4·(NH4)2SO4·6H2O 和ZnSO4溶解在20ml的水里，使得前体达到1.73×10-3 mol Fe2+ and 2.67×10-4 mol Zn2+ 的目的。其次，把10ml油酸、10ml水和1g NaOH混合，在常温下磁力搅拌直到得到均匀的溶液。再者，把前体Fe2+和Zn2+溶液倒进该均匀溶液中，搅拌几分钟以后，混合溶液变成深棕色。最后把该溶液转移进50ml反应釜中，密封，230度加热15个小时。反应结束以后，冷却至室温。产品沉积在釜底，用环己烷溶解取出纳米颗粒。再把乙醇加入容有纳米颗粒的环己烷中，沉淀出纳米颗粒，最后纳米颗粒再用乙醇反复洗数次。颗粒表面的有机表面活性剂用二巯基丁二酸（DMSA）在60℃水浴机械搅拌12小时，重复两次交换，得到DMSA包裹的锌掺杂的超顺磁四氧化三铁纳米颗粒。该纳米颗粒能够彻底溶解在水相中。
2. c(RGDyK)-DMSA- Zn0.4Fe2.6O4 NPs的制备
取6ml EDC（40mM）和NHS（200mM）溶解在PBS缓冲液中（PH=7.4， 0.05M）中，并用0.2M的盐酸调解PH至4。把上述溶液加入到6ml 2mg/ml的DMSA-Zn0.4Fe2.6O4 NPs中，并超声10分钟，室温下反应。将混合物用PBS 缓冲液（PH=7.4， 0.01M）磁分离洗涤3 次以除去多余的EDC和NHS，将活化后的DMSA-Zn0.4Fe2.6O4 NPs重新分散在PBS缓冲液中。进一步地，把44ul乙二胺和0.5ml 2mg/ml c（RGDyk）加入到以上活化后的DMSA-Zn0.4Fe2.6O4 NPs溶液中，室温反应过夜。混合物用PBS 缓冲液（PH=7.4， 0.01M）磁分离洗涤3 次以除去多余的游离c（RGDyk）和乙二胺，然后重悬于PBS 中，并将100ul 1mg/ml FITC加入其中进行反应过夜。用H2O/二甲基亚砜（DMSO）（1:4，v/v）溶液进行超滤离心洗去多余的游离荧光物质。即可得到荧光/靶向磁性纳米材料。
经表征DMSA-Zn0.4Fe2.6O4 NPs的水和动力学半径为22nm，Zeta电势为-30mV；NH2 -Zn0.4Fe2.6O4 NPs-RGD水和动力学半径为26nm，Zeta电势为-14mV；FITC-NH2-Zn0.4Fe2.6O4NPs-RGD水和动力学半径为33nm，Zeta电势为-37mV。

Claims (7)

1.一种荧光/靶向的锌掺杂四氧化三铁纳米颗粒的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
首先把FeSO4·(NH4)2SO4·6H2O 和ZnSO4溶解在20ml的水里，使得前体达到1.73×10-3mol Fe2+ and 2.67×10-4 mol Zn2+ 的目的；其次，把10ml油酸、10ml水和1g NaOH混合，在常温下磁力搅拌直到得到均匀的溶液；再者，把前体Fe2+和Zn2+溶液倒进该均匀溶液中，搅拌几分钟以后，混合溶液变成深棕色；最后把该溶液转移进50ml反应釜中，密封，230度加热15个小时；反应结束以后，冷却至室温，产品沉积在釜底，用环己烷溶解取出纳米颗粒，再把乙醇加入容有纳米颗粒的环己烷中，沉淀出纳米颗粒，最后纳米颗粒再用乙醇反复洗数次，颗粒表面的有机表面活性剂用二巯基丁二酸（DMSA）在60℃水浴机械搅拌12小时，重复两次交换，得到DMSA包裹的锌掺杂的超顺磁四氧化三铁纳米颗粒；该纳米颗粒能够彻底溶解在水相中；
取EDC和NHS溶解在pH=7.4，浓度为0.05M的PBS缓冲液中，并用0.2M的盐酸调解pH，把上述溶液加入到DMSA-Zn0.4Fe2.6O4 NPs中，并超声10分钟，室温下反应，将混合物用pH=7.4，浓度为0.01M的 PBS 缓冲液磁分离洗涤3 次以除去多余的EDC和NHS，将活化后的DMSA-Zn0.4Fe2.6O4 NPs重新分散在PBS缓冲液中，把乙二胺和c(RGDyK)溶解在PBS缓冲液中，并加入到以上活化后的DMSA-Zn0.4Fe2.6O4 NPs溶液中，室温反应过夜，混合物用pH=7.4，浓度为0.01M的PBS 缓冲液磁分离洗涤3 次以除去多余的游离乙二胺和抗体分子，然后重悬于PBS中，并将荧光物质加入其中进行反应过夜，用体积比为1:4的H2O/二甲基亚砜（DMSO）溶液进行超滤离心洗去多余的游离荧光物质，即可得到荧光/靶向磁性纳米材料；
所述的荧光物质为荧光素异硫氰酸酯或罗丹明异硫氰酸酯。
2.根据权利要求1所述一种荧光/靶向的锌掺杂四氧化三铁纳米颗粒的制备方法，其特征在于，所述的洗去多余的游离荧光物质用的是体积比为1:4的H2O/二甲基亚砜（DMSO）溶液并进行超滤离心。
3.根据权利要求1所述一种荧光/靶向的锌掺杂四氧化三铁纳米颗粒的制备方法，其特征在于，所述的乙二胺和抗体分子是以酰胺键的形式标记到纳米颗粒上。
4.根据权利要求1所述一种荧光/靶向的锌掺杂四氧化三铁纳米颗粒的制备方法，其特征在于，所述的锌掺杂的超顺磁纳米颗粒的粒径为10-20nm。
5. 根据权利要求1所述一种荧光/靶向的锌掺杂四氧化三铁纳米颗粒的制备方法，其特征在于，所述的抗体分子的序列为cyclo (Arg-Gly-Asp-d-Tyr-Lys)。
6.根据权利要求1所述一种荧光/靶向的锌掺杂四氧化三铁纳米颗粒的制备方法，其特征在于，所述的抗体分子能特异性识别脑胶质瘤、肺癌或乳腺癌细胞上高表达的整合素ɑvβ3相关受体。
7.一种荧光/靶向的锌掺杂四氧化三铁纳米颗粒，其特征在于，根据权利要求1-6任一所述方法制备得到，具有良好的磁性能、荧光示踪功能及靶向性能。
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