CN110246641B - 一种制备良好分散性的降解透明质酸修饰的超顺磁性氧化铁纳米粒子的方法 - Google Patents

一种制备良好分散性的降解透明质酸修饰的超顺磁性氧化铁纳米粒子的方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种制备良好分散性的降解透明质酸修饰的氧化铁纳米粒子的方法。在生物医学领域的应用要求氧化铁纳米粒子在水中稳定分散，电泳粒度要在40nm以下。虽然透明质酸(Hyalurex Acid,HA)修饰的氧化铁纳米粒子具有潜在的生物医学应用，但HA直接修饰的氧化铁纳米粒子团聚严重，电泳粒度大，不能用于生物医学应用中，本发明是先将HA降解为26K左右的小分子，其保留HA的基本官能团，降解后的透明质酸(oHA)修饰的氧化铁纳米粒子在水中分散性好，电泳力度小于40nm，适合作为体内及体外的生物学应用。

Description

一种制备良好分散性的降解透明质酸修饰的超顺磁性氧化铁 纳米粒子的方法
技术领域
本发明涉及纳米材料生物学修饰，特别涉及一种制备良好分散性的降解透明质酸修饰的氧化铁纳米粒子的方法，属于生物纳米材料及应用领域。
背景技术
由于超顺磁性氧化铁纳米粒子具有小尺寸效应、良好的磁导向性、低毒性和良好的生物相容性等特点，广泛应用于磁共振成像MRI、药物靶向及磁热治疗等生物医学领域，并表现出巨大的潜力。在生物医学领域的应用要求氧化铁纳米粒子在水中稳定分散，电泳粒度要小，一般要求电泳粒度在40nm以下，这可以在一定程度上减少体内蛋白质等生物大分子对纳米粒子的吸附，减少纳米粒子被细胞吞噬和被体内组织特异性吸附的几率，减少免疫反应从而减少炎症发生，减少纳米粒子被首先遇到的细胞的过度吸收，增加纳米粒子在组织液内的循环时间，有利于纳米粒子在生物体内的扩散。而氧化铁纳米粒子表面的修饰物对其在水中的分散性影响巨大。电泳粒度是描述纳米粒子在分散液中分散性的重要指标。透明质酸(Hyalurex Acid,HA)是细胞外基质的主要成分之一，以葡糖醛酸-N-乙酰氨基葡糖为双糖单位组成的直链高分子多糖，平均分子量为105～107D，广泛存在于机体的多种组织中。HA在细胞增殖、胚胎发育、肿瘤细胞迁移以及创伤修复等方面具有重要作用。HA直接修饰的氧化铁纳米粒子分散性差，电泳粒度大，不能用于生物医学应用中，本发明是先将HA降解为24K～26K左右的小分子，其保留HA的基本官能团，降解后的透明质酸(oHA)修饰的氧化铁纳米粒子在水中分散性好，电泳力度小，适合作为体内及体外的生物学应用。
发明内容
本发明的目的是先将HA的分子量降解至24K～26K区间，进而将其修饰氧化铁纳米粒子，获得在水中稳定分散、电泳粒度小的氧化铁纳米粒子。
具体步骤为：
(1)首先合成PEI/PEG修饰的氧化铁纳米粒子(PEG/PEI-SPIONs)。以Fe(acac)3为前躯体制备Fe3O4纳米粒子，称取15g PEG和0.3g PEI于三口烧瓶中，在氩气的氛围中280℃回流1h。产物依次用甲苯和丙酮清洗三次，并用磁选柱清洗残留的甲苯丙酮，所得样品分散于去离子水中，即得到PEG/PEI-SPIONs。
(2)HA的前降解处理：80mg透明质酸溶解于10ml水中，在4℃过夜充分溶解。溶解完成后在接下来的24小时内，每6小时加入1ml 16％的次氯酸钠，并用0.1M HCl调节pH值至6.8～7.2之间。高分子量HA在高氧化剂次氯酸钠的降解作用后，用PL-GPC50常温凝胶渗透色谱仪的水相环境下测试出HA的分子量变化。降解前的HA分子量在200K到2.5M之间，分布不均匀，粘性大。降解后的oHA(hyaluronan oligosaccharides)分子量集中出现在24K～26K之间，粘度低，流动性较好。
(3)HA的修饰：将5～30mg oHA(降解后的，hyaluronan oligosaccharides)与20ml溶度为1mg/ml的PEG/PEI-SPIONs水分散液混合，即oHA与PEG/PEI-SPIONs的重量比例在1:4到3:2之间，在温度为4℃，转速为60r/min的摇床中反应5h。在置于4℃冰箱过夜后，用分子量为十万的透析袋透析120h，即得到HA-SPIONs。样品保存在4℃冰箱待用。
采用马尔文激光粒度仪、PL-GPC 50、FTIR、SQUID、TEM、XPS、XRD和TGA对制备的样品进行表征。证明通过物理法成功地将HA修饰在了纳米粒子表面。合成的经降解的透明质酸修饰的氧化铁纳米在水中分散性好，电泳粒度集中在30～40nm之间。
采用本发明技术方案具有如下有益效果：
本发明采用高温热分解法,以Fe(acac)3为前驱体制备出了单分散性较好的Fe3O4纳米粒子，平均粒径为(9.26±0.36)nm，表面带正电，可以利用静电作用更好地结合oHA。再用次氯酸钠化学法将高分子量的HA(带负电)降解为低分子量的oHA，改变HA的分子量和粘度后，按照不同比例与Fe3O4纳米粒子混合修饰。应用XRD、TEM、XPS、VSM等手段对修饰后的纳米粒子的性质进行了研究。证实了Fe3O4纳米粒子成功修饰上了HA分子。粘度是衡量分散剂分散效果的直观参数，粘度越小颗粒之间的相互作用越弱，悬浮液中单个微粒越多。将粘度大的高分子量HA修饰纳米粒子表面后出现明显的团聚，静置一段时间可观察到明显的沉淀。而采用降解后低分子量的oHA，并随着混合时修饰物的增加，最终修饰率也提高了，同时，使得修饰的氧化铁纳米粒子在水中很好分散，电泳粒度均小于40nm。这种降解的透明质酸修饰的氧化铁纳米粒子可以用于体内及体外的生物学研究中。
附图说明
图1为本发明中HA降解前后的GPC分子量分布图。
图2将10mg的oHA与20ml溶度为1mg/ml的PEG/PEI-SPIONs水分散液混合后，得到的oHA修饰的氧化铁纳米粒子在水中分散的TEM图。
图3将10mg的oHA与20ml溶度为1mg/ml的PEG/PEI-SPIONs水分散液混合后，得到的oHA-SPIONs的水合动力学粒径分布图。
图4将20mg的oHA与20ml溶度为1mg/ml的PEG/PEI-SPIONs水分散液混合后，得到的oHA修饰的氧化铁纳米粒子在水中分散的TEM图。
图5将20mg的oHA与20ml溶度为1mg/ml的PEG/PEI-SPIONs水分散液混合后，得到的oHA-SPIONs的水合动力学粒径分布图。
图6将20mg的未降解的透明质酸HA与20ml溶度为1mg/ml的PEG/PEI-SPIONs水分散液混合后，得到的HA修饰的氧化铁纳米粒子在水中分散的TEM图。
图7将20mg的未降解的透明质酸HA与20ml溶度为1mg/ml的PEG/PEI-SPIONs水分散液混合后，得到的oHA-SPIONs的水合动力学粒径分布图。
具体实施方式
为了使本发明更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
实施例1：
(1)合成PEI/PEG修饰的氧化铁纳米粒子(PEG/PEI-SPIONs)：以Fe(acac)3为前躯体制备Fe3O4纳米粒子，称取15g PEG和0.3g PEI于三口烧瓶中，在氩气的氛围中280℃回流1h。产物依次用甲苯和丙酮清洗三次，并用磁选柱清洗残留的甲苯丙酮，所得样品分散于去离子水中，即得到PEG/PEI-SPIONs。
(2)HA的前降解处理：80mg透明质酸溶解于10ml水中，在4℃过夜充分溶解。溶解完成后在接下来的24小时内，每6小时加入1ml 16％的次氯酸钠，并用0.1M HCl调节pH值至6.8～7.2之间。高分子量HA在高氧化剂次氯酸钠的降解作用后，用PL-GPC50常温凝胶渗透色谱仪的水相环境下测试出HA的分子量变化。降解前的HA分子量在200K到2.5M之间，分布不均匀，粘性大。降解后的oHA(hyaluronan oligosaccharides)分子量集中出现在24K～26K之间(图1)，粘度低，流动性较好。
(3)HA的修饰:将10mg oHA(降解后的，hyaluronan oligosaccharides)与20ml溶度为1mg/ml的PEG/PEI-SPIONs水分散液混合，在温度为4℃，转速为60r/min的摇床中反应5h。在置于4℃冰箱过夜后，用分子量为十万的透析袋透析120h，即得到HA-SPIONs。样品保存在4℃冰箱。
采用马尔文激光粒度仪、PL-GPC 50、FTIR、SQUID、TEM、XPS、XRD和TGA对制备的样品进行表征。通过热重结果及简单的计算可以得出约19.0wt％修饰在氧化铁纳米粒子上。合成的氧化铁纳米粒子的晶核大小为9.26±0.36nm，oHA修饰的氧化铁纳米粒子在去离子水中的分散性好(图2)，电泳粒度为26.7nm(图3)。
实施例2：
其它步骤及表征同实施例1，本实施例中将20mg的oHA与20ml溶度为1mg/ml的PEG/PEI-SPIONs水分散液混合，在温度为4℃，转速为60r/min的摇床中反应5h。在置于4℃冰箱过夜后，用分子量为十万的透析袋透析120h，即得到HA-SPIONs。样品保存在4℃冰箱。
通过热重测试及计算得出约30.2wt％修饰在氧化铁纳米粒子上。oHA修饰的氧化铁纳米粒子在去离子水中的分散性好(图4)，电泳粒度为32.1nm(图5)。
实施例3(对比实施例)：
其它步骤及表征同实施例1，本实施例中将20mg HA(未降解的透明质酸)与20ml溶度为1mg/ml的PEG/PEI-SPIONs水分散液混合，在温度为4℃，转速为60r/min的摇床中反应5h。在置于4℃冰箱过夜后，用分子量为十万的透析袋透析120h，即得到HA-SPIONs。样品保存在4℃冰箱。
修饰高分子量HA的纳米粒子团聚很严重(图6)，水合动力学粒径出现双峰，分别在128.2nm和5569.4nm的位置(图7)。

Claims (2)

1.一种制备良好分散性的降解透明质酸修饰的氧化铁纳米粒子的方法，其特征在于具体步骤为：
(1)合成PEI/PEG修饰的氧化铁纳米粒子PEG/PEI–SPONs，以Fe(acac)3为前躯体制备Fe3O4纳米粒子，将15g PEG和0.3g PEI加入三口烧瓶中，在氩气的氛围中280℃回流1h，产物依次用甲苯和丙酮清洗三次，并用磁选柱清洗残留的甲苯丙酮，所得样品分散于去离子水中，即得到PEG/PEI-SPIONs；
(2)将80mg透明质酸溶解于10ml水中，在4℃过夜充分溶解，溶解完成后在接下来的24小时内，每6小时加入1ml 16％的次氯酸钠，并用0.1M HCl调节pH值至6.8～7.2之间，制备出降解的透明质酸oHA，分子量在24K～26K范围内；
(3)将5～30mg oHA与20ml溶度为1mg/ml的PEG/PEI-SPIONs水分散液混合，即oHA与PEG/PEI-SPIONs的重量比例在1:4到3:2之间，在温度为4℃，转速为60r/min的摇床中反应5h，在置于4℃冰箱过夜后，用分子量为十万的透析袋透析120h，即得到透明质酸修饰的氧化铁纳米粒子HA-SPIONs，保存在4℃冰箱；
所述PEG为PEG-1000、PEG2000、PEG-3000和PEG-4000中的一种，PEI为PEI-600、PEI-1800、PEI-3000和PEI-4000中的一种。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤(3)制得的透明质酸修饰的氧化铁纳米粒子在水中分散性好，电泳粒度集中在30～40nm之间。
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