CN109939624A - 一种生物相容性涂层可控的核壳型磁性粒子的制备方法 - Google Patents

一种生物相容性涂层可控的核壳型磁性粒子的制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明属于磁性粒子制备技术领域，公开了一种生物相容性涂层可控的核壳型磁性粒子的制备方法；所述生物相容性涂层可控的核壳型磁性粒子的制备方法：通过甲基丙烯酸MAA与Fe3O4纳米粒子表面不饱和铁离子之间的简单配位反应，将甲基丙烯酸“锚”定在Fe3O4粒子表面形成可聚合结构Fe3O4‑MAA；然后加入魔芋葡甘聚糖、甲基丙烯酸、交联剂、引发剂、模板，通过接枝共聚法直接聚合形成涂层控的且具有生物相容性的核/壳型磁性粒子。本发明的方法工艺简单，成本低，所得产品可以用于靶向磁场药物释放材料、核磁共振的造影剂、磁性分子印迹聚合物等的载体。

Description

一种生物相容性涂层可控的核壳型磁性粒子的制备方法
技术领域
本发明属于磁性粒子制备技术领域，尤其涉及一种生物相容性涂层可控的核壳型磁性粒子的制备方法。
背景技术
目前，业内常用的现有技术是这样的：具有核/壳结构磁性纳米粒子具有广泛的应用前景，它们被广泛地应用于磁性分离、生物传感器、生物成像和药物释放领域。例如，核/壳结构的超顺磁性性纳米粒子可以制成磁性分子印迹聚合物(一种在模板分子存在下，制备的具有高度交联的聚合物，将模板去除后，其具有对特定分子选择性识别于分离功能)，用于选择性识别或分离目标分子，在其完成对目标分子的识别与富集后，可利用外磁场将其有效且方便地与混合体系分离开来。又如，磁性纳米水凝胶可以用作药物的靶向传输，其作用原理是把药物如抗癌药物与磁性纳米凝胶制成载药体系，然后在足够强的外磁场作用下，通过血管注入到滋生肿瘤的组织中，通过外磁场逐渐定向于靶位，药物从载体中释放，从而实现靶向输送，而对正常组织物太大的影响。再如，将磁性纳米粒子经过修饰后，其容易被生物组织如肿瘤等部位吸附，在磁场帮助下可定位进行精确观测，同时又具有不透光性，成为核磁共振的造影剂。正是由于核/壳磁性纳米粒子具有独特的应用前景，因此一直受到人们的关注。
但是，这些材料的使用过程中都有这些问题：⑴目前制备磁性纳米水凝胶材料时，一般将磁性纳米粒子如Fe3O4粒子直接分散在聚合物前体溶液中，然后聚合，这实际上是一种共混作用，这种操作，极有可能导致分散不均匀，有的磁性粒子实际上未被包裹。⑵通过接枝引发剂或者链转移剂在其表面，这相当于在其表面聚合。由于共混或者在其表面的聚合都具有不可控制的特性，因此高度可控的核/壳结构很难实现。⑶另外，由于大量采用合成单体在其表面聚合，或者与合成聚合物共混，因此所得材料的生物相容性较差，而磁性材料如果要用于生物体内，具有较好的生物相容性是其大规模应用的前提。魔芋葡甘聚糖是一种从魔芋块茎提取，再经过加工精制的天然多糖。由D-葡萄糖和D-甘露糖通过β-1，4糖苷键链接而成的一种天然多糖。具有较好的水溶性、增稠性、凝胶性和成膜性。魔芋葡甘聚糖由于来源广泛、良好的生物相容性和良好的降解性能，因此可以广泛地应用于生物、医药、材料等领域，这是它相比其它合成材料的优势，故本法采用其作为基体。
综上所述，现有技术存在的问题是：目前核/壳磁性材料的壳层厚度不可调控，以及生物相容性较差。
解决上述技术问题的难度和意义：传统共混法无法实现核/壳磁性材料的壳层可控，极易导致壳层不均匀或者部分核结构裸露在外。另外，由于使用大量合成单体作为壳层材料，因而无法保证其生物相容性，从而限制在生物医药领域的应用。本发明采用简单可靠的方法可以同时实现壳层可控及材料生物相容性好的目的，从而有望打破这类材料在生物医药领域应用中的技术瓶颈。
发明内容
针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种生物相容性涂层可控的核壳型磁性粒子的制备方法。
本发明是这样实现的，一种生物相容性涂层可控的核壳型磁性粒子的制备方法，所述生物相容性涂层可控的核壳型磁性粒子的制备方法：通过甲基丙烯酸与Fe3O4纳米粒子表面不饱和铁离子之间的简单配位反应，将甲基丙烯酸“锚”定在Fe3O4粒子表面形成可聚合结构Fe3O4-MAA；然后加入魔芋葡甘聚糖、甲基丙烯酸、交联剂、引发剂、模板，通过接枝共聚法直接聚合形成涂层控的且具有生物相容性的核/壳型磁性粒子。为微球状。
进一步，所述生物相容性涂层可控的核壳型磁性粒子的制备方法甲基丙烯酸为甲基丙烯酸、衣康酸。
进一步，所述生物相容性涂层可控的核壳型磁性粒子的制备方法具体包括：
第一步，通过共沉淀法制备出Fe3O4磁性纳米粒子；
第二步，将含有100mg Fe3O4磁性纳米粒子与20mL乙醇在超声震荡作用下形成悬浮液，加入20μL甲基丙烯酸，搅拌2h。甲基丙烯酸单体与纳米粒子表面的不饱和铁离子通过简单配位反应而锚定在Fe3O4磁性纳米粒子表面，即可聚合结构：Fe3O4-MAA；
第三步，以魔芋葡甘聚糖0.2g作为基体、丙烯酰胺0.16g作为共聚单体、N,N'-亚甲基双丙烯酰胺0.64g作为交联剂、硝酸铈铵0.1g作为引发剂形成混合体系，与Fe3O4-甲基丙烯酸0.1g混合，在60℃下引发聚合；所得核壳结构磁性Fe3O4纳米粒子在外磁场作用下分离出来，然后用乙醇反复洗涤，产品经过冷冻干燥后得到目标物。
进一步，所述第一步具体包括：将0.01mol1.98g FeCl2·4H2O和0.02mol 5.38gFeCl3·6H2O溶解在100mL水中；剧烈搅拌混合物，氮气保护，同时温度升至80℃，然后加入40mL氢氧化钠溶液2.0mol/L；1小时后，通过永久磁铁将磁性沉淀物分离，并用水、乙醇洗涤数次，室温下真空干燥。
本发明的另一目的在于提供一种由所述生物相容性涂层可控的核壳型磁性粒子的制备方法制备的核壳型磁性粒子。
本发明的另一目的在于提供一种由所述核壳型磁性粒子制备的智能分子印迹载体材料。
本发明的另一目的在于提供一种由所述核壳型磁性粒子制备的靶向药物释放载体材料。
本发明的另一目的在于提供一种由所述核壳型磁性粒子制备的核磁共振造影剂载体材料。
综上所述，本发明的优点及积极效果为：通过表面的配位反应，在Fe3O4磁性纳米粒子表面形成可聚合结构，可以很方便地通过改变单体和交联剂的用量来可以控制聚合物涂层的厚度。添加了魔芋葡甘聚糖作为接枝基体，而魔芋葡甘聚糖是一种天然多糖，具有良好生物相容性，赋予材料生物相容性。通过透射电子显微镜可以看出磁性粒子具有明显的核/壳型结构(见图3)。此外，为了证明该核壳结构的涂层可控，本发明通过改变涂层的用量，然后将所得磁性粒子用热重分析法予以表征(见图4)，结果发现，随着涂层用量的增加，产物的失重率随温度增加而增加，用于作为核的Fe3O4在700℃以下是不会分解的，分解的只能是涂层，显然分解的越多，表明涂层越厚，这是涂层可控的直接证据。同时，本发明也检测了所得磁性粒子的磁性能曲线(即磁滞回线，见图5)。可以看出，不管聚合物壳层的厚度如何，纯Fe3O4和核壳型Fe3O4几乎没有磁滞现象。而且，磁滞回线是对称的(呈S形)且通过原点，这说明其具有超顺磁性。从图5还可以看出，核壳型粒子的磁化强度都较高(壳层2倍用量，其磁化强度可达50.0emu/g以上，而即使壳层8倍用量，其磁化强度也可达35.0emu/g以上)，这说明其磁响应较强，当完成对目标分析物的吸附或识别后，完全可以用外磁场将其从混合物中分离出来。
本发明的方法工艺简单，成本低，所得产品可以用于靶向磁场药物释放材料、核磁共振的造影剂、磁性分子印迹聚合物等的载体。
附图说明
图1是本发明实施例提供的生物相容性涂层可控的核壳型磁性粒子的制备方法流程图。
图2是本发明实施例提供的生物相容性涂层可控的核壳型磁性粒子的制备方法示意图。
图3是本发明实施例提供的生物相容性涂层可控的核壳型磁性粒子的透射电子显微镜照片。
图4是本发明实施例提供的生物相容性涂层可控的核壳型磁性粒子的热重分析图。
图5是本发明实施例提供的生物相容性涂层可控的核壳型磁性粒子的磁性能曲线示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
本发明壳层高度可控，且具有生物相容性的新型核壳结构的磁性纳米材料；通过先将磁性粒子如Fe3O4变成可聚合结构，然后与天然多糖如魔芋葡甘聚糖接枝共聚，则可很方便地实现壳层可控以及保证生物相容性。
下面结合附图对本发明的应用原理作详细的描述。
如图1所示，本发明实施例提供的生物相容性涂层可控的核壳型磁性粒子的制备方法包括以下步骤：
S101：通过共沉淀法制备出Fe3O4磁性纳米粒子。具体操作如下：将0.01mol(1.98g)FeCl2·4H2O和0.02mol(5.38g)FeCl3·6H2O溶解在100mL水中。剧烈搅拌混合物，氮气保护，同时温度升至80℃，然后加入40mL氢氧化钠溶液(2.0mol/L)。1小时后，通过永久磁铁将磁性沉淀物分离，并用水、乙醇洗涤数次，室温下真空干燥；
S102：按照以下方法在其表面接枝甲基丙烯酸：将含有100mg Fe3O4磁性纳米粒子与20mL乙醇在超声震荡作用下形成悬浮液，加入20μL甲基丙烯酸，搅拌2h。甲基丙烯酸单体与纳米粒子表面的不饱和铁离子通过简单配位反应而“锚定”在Fe3O4磁性纳米粒子表面，即可聚合结构：Fe3O4-甲基丙烯酸；
S103：通过接枝共聚制备核/壳结构磁场粒子：以魔芋葡甘聚糖(0.2g)作为基体、丙烯酰胺(0.16g)作为共聚单体、N,N'-亚甲基双丙烯酰胺(0.64g)作为交联剂、硝酸铈铵(0.1g)作为引发剂形成混合体系(溶剂为100ml水)，将其与Fe3O4-甲基丙烯酸(0.1g)混合，在60℃下引发聚合。所得核壳结构磁性Fe3O4纳米粒子在外磁场作用下分离出来，然后用乙醇反复洗涤，产品经过冷冻干燥后得到目标物。
其它条件不变，通过改变共聚单体丙烯酰胺和交联剂的量，则可调节壳层的厚度。
下面结合实验对本发明的应用效果做详细的描述。
通过测试产物的透射电子显微镜，可以明显看出产物具有核壳结构。
通过改变涂层用量(共聚单体、交联剂及魔芋葡甘聚糖的用量)，制备出相应的核壳型磁性粒子，然后对产物予以热重分析，结果发现，涂层用量越多，产物的失重率越大，这说明产物涂层越厚(因为核结构在测试温度不会分解，分解的只能是壳层有机部分)。这直接证明了壳层的可调节。
通过磁性产物的磁性能曲线，证明了产物具有超顺磁性能。可以确保其在完成吸附或者识别后，用外磁场将其从混合体系中分离出来。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种生物相容性涂层可控的核壳型磁性粒子的制备方法，其特征在于，所述生物相容性涂层可控的核壳型磁性粒子的制备方法通过甲基丙烯酸与Fe3O4纳米粒子表面不饱和铁离子之间的简单配位反应，将甲基丙烯酸“锚”定在Fe3O4粒子表面形成可聚合结构Fe3O4-MAA；然后加入魔芋葡甘聚糖、甲基丙烯酸、交联剂、引发剂、模板，通过接枝共聚法直接聚合形成涂层控的且具有生物相容性的核/壳型磁性粒子。
2.如权利要求1所述的生物相容性涂层可控的核壳型磁性粒子的制备方法，其特征在于，所述生物相容性涂层可控的核壳型磁性粒子的制备方法所用单体可以是甲基丙烯酸、丙烯酸或衣康酸；而且所用接枝基体可以是魔芋葡甘聚糖，也可以是淀粉、纤维素、壳聚糖、海藻酸钠天然高分子。
3.如权利要求1所述的生物相容性涂层可控的核壳型磁性粒子的制备方法，其特征在于，所述生物相容性涂层可控的核壳型磁性粒子的制备方法具体包括：
第一步，通过共沉淀法制备出Fe3O4磁性纳米粒子；
第二步，将含有100mg Fe3O4磁性纳米粒子与20mL乙醇在超声震荡作用下形成悬浮液，加入20μL甲基丙烯酸，搅拌2h；甲基丙烯酸单体与纳米粒子表面的不饱和铁离子通过简单配位反应而锚定在Fe3O4磁性纳米粒子表面，即可聚合结构：Fe3O4-甲基丙烯酸；
第三步，以魔芋葡甘聚糖0.2g作为基体、丙烯酰胺0.16g作为共聚单体、N,N'-亚甲基双丙烯酰胺0.64g作为交联剂、硝酸铈铵0.1g作为引发剂形成混合体系，与Fe3O4-甲基丙烯酸0.1g混合，在60℃下引发聚合；所得核壳结构磁性Fe3O4纳米粒子在外磁场作用下分离出来，然后用乙醇反复洗涤，产品经过冷冻干燥后得到目标物。
4.如权利要求3所述的生物相容性涂层可控的核壳型磁性粒子的制备方法，其特征在于，所述第一步具体包括：将0.01mol1.98g FeCl2·4H2O和0.02mol 5.38g FeCl3·6H2O溶解在100mL水中；剧烈搅拌混合物，氮气保护，同时温度升至80℃，然后加入40mL氢氧化钠溶液2.0mol/L；1小时后，通过永久磁铁将磁性沉淀物分离，并用水、乙醇洗涤数次，室温下真空干燥。
5.一种由权利要求1所述生物相容性涂层可控的核壳型磁性粒子的制备方法制备的核壳型磁性粒子。
6.一种由权利要求5所述核壳型磁性粒子制备的智能分子印迹载体材料。
7.一种由权利要求5所述核壳型磁性粒子制备的靶向药物释放载体材料。
8.一种由权利要求5所述核壳型磁性粒子制备的核磁共振造影剂载体材料。
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