CN109364899A - 磁性zif-8纳米复合颗粒的制备方法及其产品 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种磁性ZIF‑8无机纳米复合颗粒的制备方法及其产品，以磁性纳米颗粒为核心，表面生长多孔金属有机框架外壳的复合纳米材料，该方法控制反应条件制备具有超强磁响应性能的超顺磁纳米颗粒，并在其表面生长不同孔径、不同厚度的金属有机框架外壳，从而得到复合纳米材料。本发明结合MOF‑8优越的吸附性能和锌掺杂磁性纳米颗粒的磁分离特性，制备的复合纳米颗粒具备良好的物理化学稳定性，有益于低量物质的富集、分离和检测。本发明中的制备方法工艺简单，无需借助微波辅助技术，实验仪器简单，可操作性强。

Description

磁性ZIF-8纳米复合颗粒的制备方法及其产品
技术领域
本发明涉及一种磁性ZIF-8无机纳米复合颗粒的制备方法及其产品，具体涉及一种以磁性纳米颗粒为核心，表面生成金属有机骨架外壳的复合纳米颗粒的制备及其应用。本发明属于无机纳米复合材料制备技术领域。
背景技术
借助于较好的化学稳定性和磁响应性能，超顺磁氧化铁纳米颗粒（SPIONs）在生物医药方面应该广泛，如生物成像、纳米药物载体、生物传感器、癌症热疗等。为了提高SPIONs的磁饱和值，常用的一种方式是在其合成过程中掺杂二价金属元素，如Zn、Co、Ni、Cu、Mg等，其中Zn粒子的生物毒性较低，因而Zn掺杂的IONPs在生物医学方面的应用最为常见。
金属有机框架（MOFs）是一类由无机金属中心（金属离子或金属簇）与有机配体通过自组装相互连接，形成的一类具有周期性网络结构的晶态多孔材料。MOFs材料具备较大的比表面积、较好的生物相容性、稳定的化学和物理性能、及可生物降解的优点，因此，在载药、催化、生物传感和物质富集及分离测定等领域的应用极具潜力。
游离于细胞外的DNA（cell free DNA，cf DNA）是生物体体内细胞损伤的产物，来源于主动的细胞凋亡和被动的细胞裂解。正常情况下，释放的cf DNA可以在外周血中被很快的清除，同时细胞又可以释放新的cf DNA，人体内cf DNA的含量处于动态平衡过程，含量较低。而当人体存在疾病时，大量死亡的细胞会产生大量cf DNA，使血液中cf DNA含量大幅提高，通过检测血液中cf DNA含量，可以对疾病进行早期诊断，同时也可以对药物疗效进行实时跟踪。因此将超顺磁纳米颗粒与金属有机框架材料结合起来，利用MOFs材料强吸附能力及磁性纳米颗粒的磁分离能力，制备可对cf DNA进行富集和分离的复合材料，具有极高的临床应用价值。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明目的在于提供一种磁性ZIF-8纳米复合颗粒的制备方法。
本发明的再一目的在于：提供一种上述方法制备的磁性ZIF-8纳米复合颗粒产品。
本发明目的通过下述方案实现：一种磁性ZIF-8纳米复合颗粒的制备方法，其特征在于以磁性纳米颗粒为核心，表面生长多孔金属有机框架外壳的复合纳米材料，制备具有超强磁响应性能的超顺磁纳米颗粒，并在其表面生长不同孔径、不同厚度的金属有机框架外壳，得到磁性ZIF-8复合纳米材料，包括如下步骤：
（1）锌掺杂磁性纳米颗粒的制备：
称取1 g 氢氧化钠，溶于10 mL油酸、10 mL超纯水的混合液，常温搅拌均匀至乳白色溶液，称取硫酸亚铁铵和硫酸锌盐溶解在20mL水里，Fe2+和Zn2+物质的量之和为0.002 mol的前体，将前体Fe2+和Zn2+倒入乳白色溶液中，室温搅拌均匀至棕色溶液，将该棕色溶液转移至反应釜，230 ℃反应15-20 hr，反应结束后，反应釜冷却至室温，环己烷溶解取出釜底的纳米颗粒，乙醇反复沉淀，洗去多余油酸，最后颗粒溶解于10 mL环己烷，得到锌掺杂磁性纳米颗粒（Zn-SPIONs）环己烷溶液；
（2）PVP改性Zn-SPIONs：
取 0.2-1 mL Zn-SPIONs环己烷溶液，以转速8000rpm/min，离心15min，除去上清液，将沉淀Zn-SPIONs溶解在2 ml甲醇中，称取0.5 g Mw=30000 PVP溶解于10 mL的甲醇溶液中，超声成均匀溶液，室温条件下，将PVP的甲醇溶液加入到Zn-SPIONs甲醇溶液中，以转速180r/min机械搅拌2-12 hr，然后，以转速8000 rpm/min 离心20 min，收集PVP稳定的Zn-SPIONs，将沉淀分散于2-10 mL甲醇中，即可得到PVP-Zn-SPIONs甲醇溶液；
（3）PVP-Zn-SPIONs@ZIF-8复合颗粒的制备：
称取4-15 mg 2-甲基咪唑（2-MI）溶解于3-10 mL甲醇溶液，称取7-20 mg可溶性锌盐溶解于1-10 mL甲醇溶液，室温条件下，取0.2-3 mL PVP-Zn-SPIONs甲醇溶液和 4 mL的甲醇溶液混合，以转速180 r/min机械搅拌2-30 min，然后，向混合溶液中加入4 mL乙酸锌的甲醇溶液，机械搅拌0.5-2 hr，以转速8000 rpm/min 离心20 min收集沉底，并用甲醇洗涤3次，最终在100 ℃烘箱烘干1hr，即可得到 PVP-Zn-SPIONs@ZIF-8复合颗粒。
本发明机理是：首先采用硫酸亚铁铵和硫酸锌为原料的水热合成方法制备超顺磁纳米颗粒，进一步地，在磁性纳米颗粒表面修饰高分子聚乙烯吡咯烷酮（PVP），随后，加入不同浓度的2-甲基咪唑（2-MI）与可溶性锌盐混合均匀，磁性纳米颗粒表面PVP的羰基与金属有机框架中锌离子的配位左右，制备磁性颗/金属有机框架的复合纳米材料。
所述的可溶性锌盐为硝酸锌、乙酸锌。
本发明还提供了一种磁性ZIF-8纳米复合颗粒，根据上述任一所述方法制备得到。
本发明的合成工艺简单，反应条件温和可控，易于操作；制备所得的磁性PVP-Zn-SPIONs@ZIF-8复合颗粒具有良好的生物相容性和血液相容性，可应用于血浆中cfDNA的富集、分离和分析方面。
本发明结合MOF-8优越的吸附性能和锌掺杂磁性纳米颗粒的磁分离特性，制备的复合纳米颗粒具备良好的物理化学稳定性，有益于低量物质的富集、分离和检测。本发明中的制备方法工艺简单，无需借助微波辅助技术，实验仪器简单，可操作性强。所合成的复合纳米颗粒除能满足液体活检需求外，还可用于检测环境和食品等基质中微量的污染物的分离与分析。
附图说明
图1为各实施例1所制备的磁性ZIF-8复合纳米颗粒的TEM成像图。
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
一种磁性ZIF-8纳米复合颗粒的制备方法，以磁性纳米颗粒为核心，表面生长多孔金属有机框架外壳的复合纳米材料，制备具有超强磁响应性能的超顺磁纳米颗粒，并在其表面生长不同孔径、不同厚度的金属有机框架外壳，得到磁性ZIF-8复合纳米材料，按如下步骤：
（1）锌掺杂磁性纳米颗粒（Zn-SPIONs）的制备：
称取1 g 氢氧化钠，溶于10 mL油酸、10 mL超纯水的混合液，常温搅拌均匀至乳白色溶液。称取0.683 g六水合硫酸亚铁铵和0.07 g七水合硫酸锌盐溶解在20 mL水里，Fe2+和Zn2+物质的量之和为0.002 mol。将前体Fe2+和Zn2+倒入乳白色溶液中，室温搅拌均匀至棕色溶液。将该棕色溶液转移至反应釜，230 ℃反应15 hr。反应结束后，反应釜冷却至室温，环己烷溶解取出釜底的纳米颗粒，乙醇反复沉淀，洗去多余油酸，最后颗粒溶解于10 mL环己烷。
（2）PVP改性Zn-SPIONs：
取 1 mL Zn-SPIONs环己烷溶液，以转速8000 rpm/min离心15 min，除去上清液，将沉淀Zn-SPIONs溶解在2 ml甲醇中。称取0.5 g Mw=30000 PVP溶解于10 mL的甲醇溶液中，超声成均匀溶液。室温条件下，将PVP的甲醇溶液加入到Zn-SPIONs甲醇溶液中，以转速180 r/min机械搅拌2 hr。然后，以转速8000 rpm/min 离心20 min，收集PVP稳定的Zn-SPIONs，将沉淀分散于4 mL甲醇中，即可得到PVP-Zn-SPIONs溶液。
（3）PVP-Zn-SPIONs@ZIF-8复合颗粒的制备：
称取7.125 mg 2-MI溶解于4 mL甲醇溶液，称取11.2 mg乙酸锌溶解于4 mL甲醇溶液。室温条件下，取2 mL PVP-Zn-SPIONs甲醇溶液和 4 mL 2-MI的甲醇溶液混合，以转速180r/min机械搅拌10 min。然后，向混合溶液中加入4 mL乙酸锌的甲醇溶液，机械搅拌1 hr，以转速8000 rpm/min 离心20 min收集沉底，并用甲醇洗涤3次，最终在100 ℃烘箱烘干1 hr，即可得到 PVP-Zn-SPIONs@ZIF-8复合颗粒，制备的磁性ZIF-8复合纳米颗粒的TEM成像图如图1所示。
（4）PVP-Zn-SPIONs@ZIF-8复合颗粒应用血液cf DNA分离：
室温条件下，取2 mL全血，以转速2000 rpm/min离心10 min；转移上清液至新的离心管，室温条件下，以转速10000 rpm/min 离心5 min；转移上清液至新的离心管，获得血浆。称取10 mg PVP-Zn-SPIONs溶解于500 μL超纯水中。取血浆500 μL，加入50 μL PVP-Zn-SPIONs溶液，加入40 μL 6 mol/L Na Cl溶液，充分混合均匀后室温吸附20 min。随后将溶液置于磁力吸附架，静置1 min，待沉淀充分后弃去上清液。加入 500 μL 1.5 mol/L 乙酸钠重复溶解沉淀，立刻置于磁力架，静置 1 min，弃去上清，重复洗涤2次。打开离心管盖，室温干燥10 min，加入100 μL10 mM Tris-HCl缓冲液并混合均匀，65 ℃温育15 min，立刻将离心管放置于磁力吸附架上，静置1 min，待完全沉淀后，迅速将上清液转移至新的离心管，即可获得血液中cf DNA。
实施例2
一种磁性ZIF-8纳米复合颗粒的制备方法，与实施例步骤相同，按如下步骤：
（1）锌掺杂磁性纳米颗粒（Zn-SPIONs）的制备：
称取1 g 氢氧化钠，溶于10 mL油酸、10 mL超纯水的混合液，常温搅拌均匀至乳白色溶液。称取0.63 g硫酸亚铁铵和0.12 g硫酸锌盐溶解在20 mL水里，Fe2+和Zn2+物质的量之和为0.002 mol。将前体Fe2+和Zn2+倒入乳白色溶液中，室温搅拌均匀至棕色溶液。将该棕色溶液转移至反应釜，230 ℃反应15 hr。反应结束后，反应釜冷却至室温，环己烷溶解取出釜底的纳米颗粒，乙醇反复沉淀，洗去多余油酸，最后颗粒溶解于10 mL环己烷。
（2）PVP改性Zn-SPIONs：
取 0.5 mL Zn-SPIONs环己烷溶液，以转速8000 rpm/min离心15 min，除去上清液，将沉淀Zn-SPIONs溶解在1 ml甲醇中。称取0.5 g Mw=30000 PVP溶解于10 mL的甲醇溶液中，超声成均匀溶液。室温条件下，将PVP的甲醇溶液加入到Zn-SPIONs甲醇溶液中，以转速180r/min机械搅拌2 hr。然后，以转速8000 rpm/min 离心20 min，收集PVP稳定的Zn-SPIONs，将沉淀分散于4 mL甲醇中，即可得到PVP-Zn-SPIONs溶液。
（3）PVP-Zn-SPIONs@ZIF-8复合颗粒的制备：
称取10 mg 2-MI溶解于4 mL甲醇溶液。称取15 mg乙酸锌溶解于4 mL甲醇溶液。室温条件下，取2 mL PVP-Zn-SPIONs甲醇溶液和 4 mL 2-MI的甲醇溶液混合，以转速180 r/min机械搅拌10 min。然后，向混合溶液中加入4 mL乙酸锌的甲醇溶液，机械搅拌1 hr，以转速8000 rpm/min 离心20 min收集沉底，并用甲醇洗涤3次，最终在100 ℃烘箱烘干1 hr，即可得到 PVP-Zn-SPIONs@ZIF-8复合颗粒。
（4）PVP-Zn-SPIONs@ZIF-8复合颗粒应用血液cf DNA分离：
室温条件下，取2 mL全血，以转速2000 rpm/min离心10 min；转移上清液至新的离心管，室温条件下，以转速10000 rpm/min 离心5 min；转移上清液至新的离心管，获得血浆。称取10 mg PVP-Zn-SPIONs溶解于500 μL超纯水中。取血浆500 μL，加入50 μL PVP-Zn-SPIONs溶液，加入40 μL 6 mol/L Na Cl溶液，充分混合均匀后室温吸附20 min。随后将溶液置于磁力吸附架，静置1 min，待沉淀充分后弃去上清液。加入 500 μL 1.5 mol/L 乙酸钠重复溶解沉淀，立刻置于磁力架，静置 1 min，弃去上清，重复洗涤2次。打开离心管盖，室温干燥10 min，加入100 μL10 mM Tris-HCl缓冲液并混合均匀，65 ℃温育15 min，立刻将离心管放置于磁力吸附架上，静置1 min，待完全沉淀后，迅速将上清液转移至新的离心管，即可获得血液中cf DNA。
实施例3
一种磁性ZIF-8纳米复合颗粒的制备方法，与实施例步骤相同，按如下步骤：
（1）锌掺杂磁性纳米颗粒（Zn-SPIONs）的制备：
称取1 g 氢氧化钠，溶于10 mL油酸、10 mL超纯水的混合液，常温搅拌均匀至乳白色溶液。称取0.588 g硫酸亚铁铵和0.144 g 硫酸锌盐溶解在20 mL水里，Fe2+和Zn2+物质的量之和为0.002 mol。将前体Fe2+和Zn2+倒入乳白色溶液中，室温搅拌均匀至棕色溶液。将该棕色溶液转移至反应釜，230 ℃反应15 hr。反应结束后，反应釜冷却至室温，环己烷溶解取出釜底的纳米颗粒，乙醇反复沉淀，洗去多余油酸，最后颗粒溶解于10 mL环己烷。
（2）PVP改性Zn-SPIONs：
取 1 mL Zn-SPIONs环己烷溶液，以转速8000 rpm/min离心15 min，除去上清液，将沉淀Zn-SPIONs溶解在2 ml甲醇中。称取0.5 g Mw=30000 PVP溶解于10 mL的甲醇溶液中，超声成均匀溶液。室温条件下，将PVP的甲醇溶液加入到Zn-SPIONs甲醇溶液中，以转速180 r/min机械搅拌6 hr。然后，以转速8000 rpm/min 离心20 min，收集PVP稳定的Zn-SPIONs，将沉淀分散于4 mL甲醇中，即可得到PVP-Zn-SPIONs溶液。
（3）PVP-Zn-SPIONs@ZIF-8复合颗粒的制备：
称取7.125 mg 2-MI溶解于4 mL甲醇溶液。称取15.18 mg硝酸锌溶解于4 mL甲醇溶液。室温条件下，取2 mL PVP-Zn-SPIONs甲醇溶液和 4 mL 2-MI的甲醇溶液混合，以转速180r/min机械搅拌10 min。然后，向混合溶液中加入4 mL乙酸锌的甲醇溶液，机械搅拌1 hr，以转速8000 rpm/min 离心20 min收集沉底，并用甲醇洗涤3次，最终在100 ℃烘箱烘干1 hr，即可得到 PVP-Zn-SPIONs@ZIF-8复合颗粒。
（4）PVP-Zn-SPIONs@ZIF-8复合颗粒应用血液cf DNA分离：
室温条件下，取2 mL全血，以转速2000 rpm/min离心10 min；转移上清液至新的离心管，室温条件下，以转速10000 rpm/min 离心5 min；转移上清液至新的离心管，获得血浆。称取10 mg PVP-Zn-SPIONs溶解于500 μL超纯水中。取血浆500 μL，加入50 μL PVP-Zn-SPIONs溶液，加入40 μL 6 mol/L Na Cl溶液，充分混合均匀后室温吸附20 min。随后将溶液置于磁力吸附架，静置1 min，待沉淀充分后弃去上清液。加入 500 μL 1.5 mol/L 乙酸钠重复溶解沉淀，立刻置于磁力架，静置 1 min，弃去上清，重复洗涤2次。打开离心管盖，室温干燥10 min，加入100 μL10 mM Tris-HCl缓冲液并混合均匀，65 ℃温育15 min，立刻将离心管放置于磁力吸附架上，静置1 min，待完全沉淀后，迅速将上清液转移至新的离心管，即可获得血液中cf DNA。

Claims (3)

1.一种磁性ZIF-8纳米复合颗粒的制备方法，其特征在于以磁性纳米颗粒为核心，表面生长多孔金属有机框架外壳的复合纳米材料，制备具有超强磁响应性能的超顺磁纳米颗粒，并在其表面生长不同孔径、不同厚度的金属有机框架外壳，得到磁性ZIF-8复合纳米材料，包括如下步骤：
（1）锌掺杂磁性纳米颗粒的制备：
称取1 g 氢氧化钠，溶于10 mL油酸、10 mL超纯水的混合液，常温搅拌均匀至乳白色溶液，称取硫酸亚铁铵和硫酸锌盐溶解在20mL水里，Fe2+和Zn2+物质的量之和为0.002 mol的前体，将前体Fe2+和Zn2+倒入乳白色溶液中，室温搅拌均匀至棕色溶液，将该棕色溶液转移至反应釜，230 ℃反应15-20 hr，反应结束后，反应釜冷却至室温，环己烷溶解取出釜底的纳米颗粒，乙醇反复沉淀，洗去多余油酸，最后颗粒溶解于10 mL环己烷，得到锌掺杂磁性纳米颗粒（Zn-SPIONs）环己烷溶液；
（2）PVP改性Zn-SPIONs：
取 0.2-1 mL Zn-SPIONs环己烷溶液，以转速8000rpm/min，离心15min，除去上清液，将沉淀Zn-SPIONs溶解在2 ml甲醇中，称取0.5 g Mw=30000 PVP溶解于10 mL的甲醇溶液中，超声成均匀溶液，室温条件下，将PVP的甲醇溶液加入到Zn-SPIONs甲醇溶液中，以转速180r/min机械搅拌2-12 hr，然后，以转速8000 rpm/min 离心20 min，收集PVP稳定的Zn-SPIONs，将沉淀分散于2-10 mL甲醇中，即可得到PVP-Zn-SPIONs甲醇溶液；
（3）PVP-Zn-SPIONs@ZIF-8复合颗粒的制备：
称取4-15 mg 2-MI溶解于3-10 mL甲醇溶液，称取7-20 mg可溶性锌盐溶解于1-10 mL甲醇溶液，室温条件下，取0.2-3 mL PVP-Zn-SPIONs甲醇溶液和 4 mL的甲醇溶液混合，以转速180 r/min机械搅拌2-30 min，然后，向混合溶液中加入4 mL乙酸锌的甲醇溶液，机械搅拌0.5-2 hr，以转速8000 rpm/min 离心20 min收集沉底，并用甲醇洗涤3次，最终在100℃烘箱烘干1hr，即可得到 PVP-Zn-SPIONs@ZIF-8复合颗粒。
2.根据权利要求1所述的磁性ZIF-8纳米复合颗粒制备方法，其特征在于所述的可溶性锌盐为硝酸锌、乙酸锌。
3.一种磁性ZIF-8纳米复合颗粒，其特征在于根据权利要求1或2所述方法制备得到。
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