CN108314786B - 一种齿状聚合物、利用其修饰氧化铁纳米颗粒的方法及由该方法得到的产品 - Google Patents

一种齿状聚合物、利用其修饰氧化铁纳米颗粒的方法及由该方法得到的产品 Download PDF

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Abstract

一种齿状聚合物，所述齿状聚合物通过将聚丙烯酸和聚乙烯亚胺溶于二甲基甲酰胺中，加入N‑羟基琥珀酰亚胺和1‑(3‑二甲氨基丙基)‑3‑乙基碳二亚胺盐酸盐，室温反应72h～120h分离提纯得到。并利用所述齿状聚合物修饰氧化铁纳米颗粒，制备的氧化铁纳米颗粒粒径分布均匀，具有良好的细胞相容性、亲水性能。

Description

一种齿状聚合物、利用其修饰氧化铁纳米颗粒的方法及由该 方法得到的产品
技术领域
本发明属于材料技术领域，具体涉及一种齿状聚合物、利用其修饰氧化铁纳米颗粒的方法及由该方法得到的产品。
背景技术
氧化铁纳米颗粒(Iron Oxide Nanoparticles)被广泛应用于磁性储能介质、生物传感器、药物装载以及医学治疗等领域。在药物装载及医学治疗应用方面，如何制备具有良好胶体稳定性的氧化铁纳米颗粒可以影响对药物的装载及释放[InternationalJ.Pharmaceutics.2011,408,130]。对氧化铁纳米颗粒表面进行修饰改性是一种有效的方法，采用传统湿化学法对氧化铁纳米颗粒进行修饰，仍存在团聚问题，也不易保存[Colliods Surf.,B,2014,122,752]。高温法可以制备尺寸均一的氧化铁纳米颗粒，但是如果应用在医学治疗方面，需要对纳米颗粒表面进行改性，改善其亲水性能[Nat Mater.,2004,3,891]。配合体交换法是一种有效的方法，可以对纳米颗粒表面进行基团改性，获得水溶性的纳米颗粒[Langmuir.,2011,27,8990]。如果将氧化铁纳米颗粒用于药物装载，需要选择合适的聚合物配体，不但可以获得尺寸均一的氧化铁纳米颗粒，而且具有良好的亲水性能和细胞相容性。
发明内容
本发明的目的在于提供一种齿状聚合物，利用其修饰氧化铁纳米颗粒的方法及由该方法得到的产品则是本发明的另一个目的。
基于上述目的，本发明采取如下技术方案：
一种齿状聚合物，所述齿状聚合物通过将聚丙烯酸和聚乙烯亚胺溶于二甲基甲酰胺中，加入N-羟基琥珀酰亚胺和1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺盐酸盐，室温反应72～120h分离得到。
分离提纯操作为：向反应体系中加入二氯甲烷溶解后，加入冰乙醚沉淀，真空干燥即可。
步骤1)中，聚丙烯酸和聚乙烯亚胺的摩尔比为1：(5～20)，聚丙烯酸和聚乙烯亚胺总质量与二甲基甲酰胺的体积比为(9.14～10)g：100mL；所述N-羟基琥珀酰亚胺与聚乙烯亚胺的摩尔比为(1～2)：1，1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺盐酸盐与聚丙烯酸的摩尔比为1：50，三乙胺与聚丙烯酸的用量比为(0.1～0.2)mL：2.5mmol。
利用所述的齿状聚合物修饰氧化铁纳米颗粒的方法，包括以下步骤：1)将氧化铁纳米颗粒溶于四氢呋喃；2)加入所述齿状聚合物，室温下搅拌48～120h，加入1mL超纯水，取水相部分，即得溶于水的齿状聚合物修饰氧化铁纳米颗粒。
步骤1)中，将5mg氧化铁纳米颗粒溶于1mL四氢呋喃；步骤2)中，齿状聚合物与氧化铁纳米颗粒的质量比为(2～5)：1。
步骤1)中，所述氧化铁纳米颗粒采用以下步骤制得：a)将6g氢氧化钠溶于75mL超纯水中，加入47g油酸，50℃下搅拌2～5h，得到蜡状混合物，将该蜡状混合物溶于100mL乙醇中，加入冰丙酮沉淀，之后加入冰丙酮清洗2～3次，真空干燥24h以上，得到油酸钠；b)将10.8g六水氯化铁和36.5g油酸钠溶于80mL乙醇、60mL超纯水和160mL己烷组成的混合溶液，在70℃下加热搅拌4h，取上清油相溶液，用30mL超纯水清洗三次，旋蒸除去溶剂，得到油状油酸铁；c)将0.7g油酸铁溶于5mL 1-十八稀，通氮气保护，加热至320℃保持10min后，冷却至室温，用酒精溶解，旋蒸得到氧化铁纳米颗粒。
由所述的方法制备得到的齿状聚合物修饰氧化铁纳米颗粒。
本发明中，步骤1)的反应过程为(反应式中室温为25℃)：
Figure BDA0001652817800000021
齿状聚合物。
本发明首次合成齿状聚合物，通过齿状聚合物和氧化铁纳米颗粒表面的疏水基团的配合体交换获得齿状聚合物修饰氧化铁纳米颗粒，可用于药物的装载与释放。
与现有技术相比，本发明的技术优势在于：
(1)制备出的氧化铁纳米颗粒具有良好的亲水性能；
(2)制备的氧化铁纳米颗粒粒径分布均匀；
(3)采用本方法制备的氧化铁纳米颗粒具有良好的细胞相容性；
(4)本发明制备过程可操作性强，有利于其在生物医用领域的推广。
附图说明
图1为实施例1中制备的齿状共聚物的1HNMR图；
图2为实施例1制得的齿状共聚物修饰氧化铁纳米颗粒扫描电镜照片图；
图3为实施例2制备的齿状共聚物修饰氧化铁纳米颗粒扫描电镜照片图；
图4为不同浓度的氧化铁纳米颗粒与骨髓间充质干细胞进行培养后的CCK-8检测结果；
图5为不同浓度的氧化铁纳米颗粒与皮肤细胞(HaCat细胞)培养后的激光共聚焦测试检测检测结果。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明做进一步描述。本发明中所用到原料均可在市场购得。本发明中所述室温是指25～30℃。本发明中对聚乙烯亚胺的分子量要求为低分子量，若分子量太大，不易接枝到氧化铁纳米颗粒，因此，本发明中，优选聚乙烯亚胺Mw＝232，对聚丙烯酸的分子量不做限制，本实施例中，选择聚丙烯酸Mw＝1800，1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺盐酸盐(EDC)的分子量为191.6909，N-羟基琥珀酰亚胺分子量为115.09，三乙胺的分子量为101.19，计算时取小数点后两位，四舍五入。
实施例1
一种齿状共聚物，通过以下方法得到：将4.5g聚丙烯酸和4.64g聚乙烯亚胺溶于100mL二甲基甲酰胺中，加入0.01g1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺盐酸盐，同时加入2.3g N-羟基琥珀酰亚胺和0.1ml三乙胺，在室温条件下反应72h，加入二氯甲烷溶解反应产物(二氯甲烷的加入量至少满足产物溶解即可)，再加入体系三倍体积的冰乙醚沉淀，真空干燥24h，即得；
利用上述齿状聚合物修饰氧化铁纳米颗粒的方法，其制备步骤为：
1)将5mg氧化铁纳米颗粒溶于1mL四氢呋喃；所述氧化铁纳米颗粒采用以下步骤制得：a)将6g氢氧化钠溶于75mL超纯水中，加入47g油酸，50℃下搅拌2～5h，得到的蜡状混合物，溶于100mL乙醇中，加入冰丙酮沉淀，之后加入冰丙酮清洗2～3次，真空干燥24h以上，得到油酸钠；每次加入冰丙酮的体积为300ml以上；b)将10.8g六水氯化铁和36.5g油酸钠溶于80mL乙醇、60mL超纯水和160mL己烷组成的混合溶液，在70℃下加热搅拌4h，取上清油相溶液，用30mL超纯水清洗三次，旋蒸除去溶剂，得到油状油酸铁；c)将0.7g油酸铁溶于5mL 1-十八稀，通氮气保护，加热至320℃保持10min后，冷却至室温，用酒精溶解，旋蒸得到氧化铁纳米颗粒；
2)加入1mg齿状共聚物，齿状共聚物与氧化铁纳米颗粒质量比为5：1，室温下搅拌120h，加入1mL超纯水，取水相部分，即可得到溶于水的齿状共聚物修饰氧化铁纳米颗粒。
实施例2
本实施例中所述齿状聚合物，制备方法同实施例1。
利用所述齿状聚合物修饰氧化铁纳米颗粒的方法，其制备步骤为：
1)将5mg氧化铁纳米颗粒溶于1mL四氢呋喃；所述氧化铁纳米颗粒的制备方法同实施例1；
2)加入2mg齿状共聚物，齿状共聚物与氧化铁纳米颗粒的质量比为2：1，室温下搅拌96h，加入1mL超纯水，取水相部分，即可得到溶于水的齿状共聚物修饰氧化铁纳米颗粒。
实施例3
一种齿状聚合物，通过以下方法得到：将4.5g聚丙烯酸和2.9g聚乙烯亚胺溶于100mL二甲基甲酰胺中，加入0.01g1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺盐酸盐，同时加入4.6gN-羟基琥珀酰亚胺和0.1ml三乙胺，在室温条件下反应72h，加入二氯甲烷溶解，再加入体系体积三倍以上的冰乙醚沉淀，真空干燥24h，得到齿状共聚物。
利用所述齿状聚合物修饰氧化铁纳米颗粒的方法，其制备步骤为：
1)将5mg氧化铁纳米颗粒溶于1mL四氢呋喃；所述氧化铁纳米颗粒的制备方法同实施例1；
2)加入2mg齿状共聚物，齿状共聚物与氧化铁纳米颗粒的质量比为4：1，室温下搅拌48h，加入1mL超纯水，取水相部分，即可得到溶于水的齿状共聚物修饰氧化铁纳米颗粒。
实施例4
一种齿状聚合物，通过以下方法得到：将4.5g聚丙烯酸和11.6g聚乙烯亚胺溶于100mL二甲基甲酰胺中，加入0.01g1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺盐酸盐，同时加入2.3g三乙胺和N-羟基琥珀酰亚胺，在室温条件下反应72h，加入二氯甲烷溶解，再加入体系体积三倍以上的冰乙醚沉淀，真空干燥24h，得到齿状共聚物。
利用所述齿状聚合物修饰氧化铁纳米颗粒的方法，其制备步骤为：
1)将5mg氧化铁纳米颗粒溶于1mL四氢呋喃；所述氧化铁纳米颗粒的制备方法同实施例1；
2)加入2mg齿状共聚物，齿状共聚物与氧化铁纳米颗粒的质量比为2：1，室温下搅拌48h，加入1mL超纯水，取水相部分，即可得到溶于水的齿状共聚物修饰氧化铁纳米颗粒。
结构与性能测试：
1、结构确认
以实施例1为例，对制备的齿状共聚物进行核磁分析，结果如图1所示，由图1的结果分析可知，所得产物即为齿状共聚物。
2、扫描电镜观察
为表明本发明效果，以实施例1和实施例2为例，对其制备得到的齿状共聚物修饰氧化铁纳米颗粒进行扫描电镜观察，样品制备：将铜网在所制备的溶于水的齿状共聚物修饰氧化铁纳米颗粒中浸蘸，干燥后进行观察即可，结果见图2和图3所示，从图2可以看出，所制备的氧化铁纳米颗粒尺寸分布均一。
3、细胞相容性实验：
为说明发明效果，以实施例1为例加水制备出不同浓度的齿状聚合物修饰的氧化铁纳米颗粒。研究齿状聚合物修饰氧化铁纳米颗粒的细胞相容性。
A.取不同浓度的齿状聚合物修饰的氧化铁纳米颗粒与骨髓间充质干细胞进行培养，CCK-8检测结果如图4所示。
B.取不同浓度的齿状聚合物修饰的氧化铁纳米颗粒与皮肤细胞(HaCat细胞)进行培养，培养三天后的激光共聚焦测试检测(calcein AM/ethidium homodimer live/deadassay)，结果如图5。
图5中，(A):120mg/L；(B):60mg/L；(C):30mg/L；(D):15mg/L；(E):5mg/L；(F):Control Group(空白),Scale Bar(标尺):50μm，从图4和图5可以看出，制备的齿状共聚物修饰氧化铁纳米颗粒细胞毒性低，细胞相容性良好。

Claims (3)

1.利用齿状聚合物修饰氧化铁纳米颗粒的方法，其特征在于，包括以下步骤：1）将氧化铁纳米颗粒溶于四氢呋喃；2）加入所述齿状聚合物，室温下搅拌48h～120h，加入1mL超纯水，取水相部分，即得溶于水的齿状聚合物修饰氧化铁纳米颗粒；步骤1）中，将5mg氧化铁纳米颗粒溶于1mL四氢呋喃；步骤2）中，齿状聚合物与氧化铁纳米颗粒的质量比为（2～5）：1；所述氧化铁纳米颗粒采用以下步骤制得：a) 将6g氢氧化钠溶于75mL超纯水中，加入47g油酸，50℃下搅拌2～5h，得到蜡状混合物，将该蜡状混合物溶于100mL乙醇中，加入冰丙酮沉淀，之后加入冰丙酮清洗2～3次，真空干燥24h以上，得到油酸钠；b）将10.8g六水氯化铁和36.5g油酸钠溶于80mL乙醇、60mL超纯水和160mL己烷组成的混合溶液，在70℃下加热搅拌4h，取上清油相溶液，用30mL超纯水清洗三次，旋蒸除去溶剂，得到油状油酸铁；c) 将0.7g油酸铁溶于5mL 1-十八烯，通氮气保护，加热至320℃保持10min后，冷却至室温，用酒精溶解，旋蒸得到氧化铁纳米颗粒；
所述齿状聚合物通过将聚丙烯酸和聚乙烯亚胺溶于二甲基甲酰胺中，加入N-羟基琥珀酰亚胺、三乙胺和1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺盐酸盐，室温反应72h～120h分离提纯得到；分离提纯操作为：向反应体系中加入二氯甲烷溶解后，加入冰乙醚沉淀，真空干燥即可；聚丙烯酸和聚乙烯亚胺的摩尔比为1：（5～20）。
2.如权利要求1所述的利用齿状聚合物修饰氧化铁纳米颗粒的方法，其特征在于，聚丙烯酸和聚乙烯亚胺总质量与二甲基甲酰胺的体积比为（7.4～16.1）g：100mL；所述N-羟基琥珀酰亚胺与聚乙烯亚胺的摩尔比为（1～2）：1， 1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺盐酸盐与聚丙烯酸的摩尔比为1：50，三乙胺与聚丙烯酸的用量比为（0.1～0.2）mL：2.5mmol。
3.由权利要求1或2所述的方法制备得到的齿状聚合物修饰氧化铁纳米颗粒。
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《磁性纳米粒子的表面功能化及其在蛋白固定中的应用》;胡紫阳;《中国优秀硕士学位论文全文数据库（电子期刊）. 工程科技Ⅰ辑》;20150415;第39-68页 *
胡紫阳.《磁性纳米粒子的表面功能化及其在蛋白固定中的应用》.《中国优秀硕士学位论文全文数据库（电子期刊）. 工程科技Ⅰ辑》.2015,B020-152. *

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