CN106890339B - 一种植物多糖修饰的超顺磁性纳米颗粒及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明一种天然植物多糖修饰的超顺磁性纳米颗粒及其制备方法，Fe3O4超顺磁性纳米颗粒核的粒径在5~30 nm间可调，从而使复合纳米颗粒的粒径可以按实际应用的尺寸需求进行调整；植物多糖成分与Fe3O4超顺磁性纳米颗粒核的质量百分比在10%~61%间可调，从而使复合纳米颗粒的组分可以根据实际应用的成分要求进行灵活调整。本发明的优点在于：植物多糖修饰的超顺磁性纳米颗粒表面具有亲水性基团，能够在水相溶液中均匀稳定地分散，易于生物体吸收；复合纳米颗粒具有超顺磁性，可用于磁共振成像检测；天然植物多糖组分能够提高生物体免疫力，与纳米颗粒中的Fe3O4同时被生物体吸收，可以充分发挥补铁补血的治疗保健作用。

Description

一种植物多糖修饰的超顺磁性纳米颗粒及其制备方法
技术领域
本发明属于生物医用材料领域，涉及一种磁性纳米复合颗粒，尤其涉及一种黄芪、当归植物多糖修饰的超顺磁性纳米颗粒及其制备方法。
背景技术
超顺磁性纳米颗粒以其独特的晶粒尺寸和磁学特性而备受材料界关注。近年来人们对铁基超顺磁性纳米颗粒的研究表明，当Fe3O4纳米颗粒的粒径介于5-100nm区间时将具有超顺磁特性[纳米材料和纳米结构(第二版)，科学出版社，2001]。由于铁基超顺磁性纳米颗粒的尺寸远小于生物体内的多种细胞，这就为其在高敏感性的临床诊断或治疗试剂等生物医用材料领域的应用提供了可能，并且为精准医疗提供了新的研究途径。在生物医用条件下，通常要求材料具有良好的液相分散性，特别是在水相环境中的单分散性。但是，未经修饰的铁基纳米颗粒表面裸露于水相环境中时，通常由于颗粒间的静磁相互作用和电偶极矩相互作用而团聚成大尺寸颗粒，并最终产生沉淀，这是铁基超顺磁性纳米颗粒在生物医用领域的一大难题。为解决该瓶颈问题，研究人员尝试在磁性纳米颗粒表面修饰长链分子，使得在纳米颗粒相互接近时，纳米颗粒的排斥力大于吸引力，从而实现溶液中的单分散特性[Biomedical applications of magnetite ferrofluid,Biochimie,1998,Vol.80:379-390.Immobilization of proteins and enzymes to fine magnetic particles,Journalof Magneticsm and Magnetic Materials,1999,Vol.201:427-43.]。目前，超顺磁性纳米颗粒已经被广泛地用作固相载体应用于生物医用材料领域。
中药的种类繁多，其中多种植物中药富含天然多糖成份，并且已经有研究证明天然植物多糖成份针对特定疾病具有良好的治疗作用。黄芪(Astragalusmembranaceus)为豆科植物膜荚黄芪的干燥根，主要产于我国的山西、内蒙、甘肃等地，黄芪中的皂苷、多糖、黄酮是其主要功效物质。黄芪多糖(Astragalus polysaccharides，APS)具有增强机体的抵抗力、增强免疫、促进抗体的合成和血红细胞生成等作用。当归(Angelica Sinensis Diels，ASD)为伞形科植物当归的干燥根，性温，味甘、辛，具有补血、活血、调经止痛、润肠通便、扶正固本之功效。近年来的药理研究表明，从其水溶性部分提取的当归多糖(AngelicaSinensis Diel Polysaccharide，ASDP)具有丰富的生物活性。它通过激活补体，对机体免疫系统、造血系统发挥作用,还具有抗肿瘤、抗放射性损伤和促进胃溃疡愈合等功效。因此，黄芪多糖和当归多糖广泛地应用于中药临床，在医疗、保健食品行业具有极其广阔的应用前景。
考虑到上述铁基超顺磁性纳米颗粒和黄芪、当归多糖等天然植物多糖的特点，如果将中药中的天然植物多糖修饰到磁性纳米颗粒的表面，并控制多糖与磁性纳米颗粒的比例，便可以达到确定成份定量给药目的。此外，由于超顺磁性纳米铁颗粒对人体无毒副作用，并且铁是人体重要的微量元素，同时吸收纳米铁颗粒和黄芪多糖/当归多糖将有效地起到提高免疫力和补铁补血的作用，即可以提高药物疗效和保健作用。
发明内容
为了解决上述问题，本发明的目的在于提供一种制备黄芪、当归等天然植物多糖修饰的超顺磁性纳米颗粒，该复合纳米颗粒具有高亲水性，能够在水相溶液中均匀稳定地分散。这种新型复合纳米颗粒具备磁共振成像的生物检测功能，能够提高生物体免疫力，同时具备补铁补血的作用，适合应用于生物医学检测和治疗领域。
本发明的技术方案为：一种植物多糖修饰的超顺磁性纳米颗粒，该超顺磁性纳米颗粒其结构为以水相Fe3O4超顺磁性纳米颗粒为核，以及核表面修饰含有羟基的极性小分子和连接在所述极性小分子上的植物多糖。
进一步，所述水相Fe3O4超顺磁性纳米颗粒的核的粒径为5-30nm。
进一步，所述Fe3O4超顺磁性纳米颗粒中植物多糖占总质量的百分比为10％～61％。
进一步，所述植物多糖为富含羟基的植物多糖，富含羟基的植物多糖包括当归多糖、黄芪多糖。
进一步，所述极性小分子包括檬酸钠、柠檬酸、琥珀酸、苹果酸、异柠檬酸、a-酮戊二酸、草酰乙酸、丙酮酸、乳酸、延胡索酸、顺乌头酸、甘油、6-磷酸葡萄糖、6-磷酸果糖和2、6-二磷酸果糖。
本发明的另一目的是提供上述植物多糖修饰的超顺磁性纳米颗粒的制备方法，具体包括以下步骤
步骤(1)制备油相的Fe3O4纳米颗粒；
步骤(2)用含有羟基的极性小分子对油相的Fe3O4纳米颗粒表面进行改性，将极性小分子通过羧基与纳米颗粒表面的金属离子配位，使Fe3O4纳米颗粒从油相转变为水相，使其能够均匀稳定悬浮于水相溶液中；
步骤(3)采用酶-Sevag交联法和乙醇沉淀方法将植物多糖含量为30％的粗多糖充分提纯，去除蛋白质、植物色素和其它杂质，使植物多糖的含量高于90％，备用；
步骤(4)将经步骤3提纯后的植物多糖加入到步骤2制备得到的含有水相Fe3O4纳米颗粒的水相溶液中，超声波处理15-25分钟，然后加热至80-90℃，回流反应时间为1-3小时，
步骤(5)将多余的极性小分子和小分子糖通过透析的方式去除，从而得到植物多糖修饰的超顺磁性纳米颗粒。
进一步，所述步骤4中植物多糖的加入量为总质量的为10％～61％。
一种上述方法制备得到天然植物多糖修饰的超顺磁性纳米颗粒应用于药物治疗保健药品和磁共振成像造影剂。
本发明的优点在于：植物多糖修饰的超顺磁性纳米颗粒表面具有亲水性基团，能够在水相溶液中均匀稳定地分散，易于生物体吸收；复合纳米颗粒具有超顺磁性，可用于磁共振成像检测；天然植物多糖组分能够提高生物体免疫力，与纳米颗粒中的Fe3O4同时被生物体吸收，可以充分发挥补铁补血的治疗保健作用。Fe3O4超顺磁性纳米颗粒核的粒径在5～30nm间可调，从而使复合纳米颗粒的粒径可以按实际应用的尺寸需求进行调整；多糖修饰的Fe3O4纳米颗粒中多糖的质量百分比在10％～61％间可调，从而使复合纳米颗粒的组分可以根据实际应用的成分要求进行灵活调整。因此，天然植物多糖修饰的超顺磁性纳米颗粒能够同时满足提高免疫力、补铁、补血的药物治疗保健作用和磁共振成像医学影像学检测的诊断需求，可同时用做药物治疗保健药品和磁共振成像造影剂。
附图说明
图1为本发明天然植物多糖修饰的超顺磁性纳米颗粒的结构示意图。
图2为本发明实施例采用黄芪多糖修饰的Fe3O4纳米颗粒的TEM图像示意图。
图3为本发明实施例采用黄芪多糖修饰的Fe3O4纳米颗粒的红外光谱示意图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明的技术方案作进一步说明
以10nm的Fe3O4纳米颗粒的制备为例。
实施例一：
先将0.706g(2mmol)乙酰丙酮铁和2.4mL的油酸加入到40mL的乙醇中。剧烈搅拌10min后，将溶液加入到50mL容量的聚四氟乙烯衬底的不锈钢反应釜中；密封反应釜，在180℃下保温12h。反应结束后，将沉淀收集在正己烷中。加入过量的乙醇并离心(8000rpm，5min)，去除上清液，留沉淀。将纳米颗粒复溶于正己烷中，重复该操作三次，得到油相的Fe3O4纳米颗粒，用真空干燥箱干燥(50℃，4h)。将0.116g(0.5mmol)的油相Fe3O4加入到50mL的去离子水中，加入0.2g的柠檬酸钠，超声震荡5h，离心分离(8000rpm，5min)，用酒精洗涤。放在真空干燥箱中(50℃，5h)。得到水相的Fe3O4纳米颗粒。
多糖的提纯。购买经过粗提纯的植物多糖粉，采用醇-Sevag法除蛋白、乙醇洗涤除色素。步骤如下：
酶-Sevag法联合除蛋白。取50g的黄芪多糖粉末，加150ml的水溶解，加入1.5g木瓜蛋白酶，使蛋白酶的终浓度达到1％，60℃下保温3h。用Sevag法去蛋白[糖液：Sevag试剂(三氯甲烧：正丁醇＝4:1)＝4:1]。150mL糖浓缩液加入40mL Sevag试剂与分液漏斗中，反复震荡15min,静置，待其分层后去掉下层的Sevag试剂和中间蛋白质层，上层糖液继续加入Sevag试剂震荡分层，如此反复8-10次，直到中间不再出现蛋白质为止。
除色素。去蛋白质之后的糖液加入4倍体积的无水乙醇使多糖沉淀；过滤后沉淀用蒸馏水复溶，再用4倍体积的无水乙醇沉淀，如此反复三次；最后，加入适量无水乙醇洗涤沉淀，静置滤出上淸液，反复两次，得到黄芪多糖。
当归多糖的提纯按照上述黄芪多糖所示方式提纯。
制备多糖修饰的Fe3O4超顺磁性纳米颗粒。其特点是多糖修饰的Fe3O4纳米颗粒中多糖的质量百分比随多糖质量的增加而增加，随着在85℃回流时间的增长而增加。
Figure BDA0001230670970000071
以制备多糖修饰的Fe3O4纳米颗粒中多糖的质量百分比为52％为例。
实施例二：
将0.116g(0.5mmol)的Fe3O4纳米颗粒和0.348g的多糖分别溶于25mL的柠檬酸钠(0.1mol/L)溶液中，将含有Fe3O4纳米颗粒的柠檬酸钠溶液超声10min，加入多糖溶液后，继续超声20min，加热到85℃回流2h,冷却到室温。将溶液置于透析膜中(MW:6000-8000)1天。加入体积为100ml的乙醇，用铁磁分离的方法分离，沉淀在真空干燥干燥箱中干燥(50℃，5h)。

Claims (3)

1.一种植物多糖修饰的超顺磁性纳米颗粒，其特征在于，该超顺磁性纳米颗粒其结构为以水相Fe3O4超顺磁性纳米颗粒为核，以及核表面修饰含有羧基的极性小分子和连接在所述极性小分子上的黄芪多糖或当归多糖；所述Fe3O4超顺磁性纳米颗粒中植物多糖占总质量的百分比为10%~61%，所述含有羧基的极性小分子包括：柠檬酸钠、柠檬酸、琥珀酸、苹果酸、异柠檬酸、a-酮戊二酸、草酰乙酸、丙酮酸、乳酸、延胡索酸、顺乌头酸、甘油、6-磷酸葡萄糖、6-磷酸果糖或2、6-二磷酸果糖；
所述超顺磁性纳米颗粒利用如下方法步骤制备得到：
步骤1，制备油相的Fe3O4纳米颗粒；
步骤2，用含有羧基的极性小分子对油相的Fe3O4纳米颗粒表面进行改性，将含有羧基的极性小分子通过羧基与纳米颗粒表面的金属离子配位，然后使Fe3O4纳米颗粒从油相转变为水相，使其能够均匀稳定悬浮于水相溶液中；
步骤3，采用酶-Sevag交联法和乙醇沉淀方法将植物多糖含量为30%的粗多糖充分提纯，去除蛋白质、植物色素和其它杂质，使植物多糖中多糖的含量高于90%，备用；
步骤4，将经步骤3提纯后的黄芪多糖或当归多糖加入到步骤2制备得到的含有水相Fe3O4超顺磁性纳米颗粒的水相溶液中，超声波处理15-25分钟，然后加热至80-90℃，回流反应时间为1-3小时；
步骤5，将多余的极性小分子和黄芪多糖或当归多糖通过透析的方式去除，从而得到黄芪多糖或当归多糖修饰的超顺磁性纳米颗粒，所述黄芪多糖或当归多糖修饰的超顺磁性纳米颗粒的核粒径为5-30nm。
2.一种制备如权利要求1所述的超顺磁性纳米颗粒的方法，其特征在于，具体包括以下步骤：
步骤1，制备油相的Fe3O4纳米颗粒；
步骤2，用含有羧基的极性小分子对油相的Fe3O4纳米颗粒表面进行改性，将含有羧基的极性小分子通过羧基与纳米颗粒表面的金属离子配位，然后使Fe3O4纳米颗粒从油相转变为水相，使其能够均匀稳定悬浮于水相溶液中；
步骤3，采用酶-Sevag交联法和乙醇沉淀方法将植物多糖含量为30%的粗多糖充分提纯，去除蛋白质、植物色素和其它杂质，使植物多糖中多糖的含量高于90%，备用；
步骤4，将经步骤3提纯后的黄芪多糖或当归多糖加入到步骤2制备得到的含有水相Fe3O4超顺磁性纳米颗粒的水相溶液中，超声波处理15-25分钟，然后加热至80-90℃，回流反应时间为1-3小时；
步骤5，将多余的极性小分子和黄芪多糖或当归多糖通过透析的方式去除，从而得到黄芪多糖或当归多糖修饰的超顺磁性纳米颗粒，所述黄芪多糖或当归多糖修饰的超顺磁性纳米颗粒的核粒径为5-30nm。
3.一种如权利要求2所述的方法制备得到的植物多糖修饰的超顺磁性纳米颗粒在制备药物中的应用。
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