CN112592494A - 基于树枝状阳离子聚酰胺和四苯乙烯的靶向结肠部位抗菌呈像纳米材料的制备方法 - Google Patents

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Abstract

一种基于树枝状阳离子聚酰胺和四苯乙烯的靶向结肠部位抗菌呈像纳米材料的制备方法，属于纳米材料自组装技术领域。所述自组装纳米材料为以三代聚酰胺为基础高分子，以共价键的方式连接偶氮苯基团，进而通过甲基化反应得到季铵盐抗菌材料，利用正负电荷引入羧基化的四苯基乙烯。偶氮苯部分用作结肠靶向位点，并通过共价键与聚酰胺共轭，然后通过甲基化反应形成目标树突状阳离子季铵盐材料，以制备季铵偶氮苯聚酰胺。随后，我们通过静电相互作用引入了四苯乙烯，通过聚集诱导了用于结肠部位可视化的发光效果。本发明简便易行、成本低廉，可广泛应用于材料学、生物学、医学等领域，既可以抑制结肠部位细菌的滋生，又可以作为荧光探针实现可视化检测。

Description

基于树枝状阳离子聚酰胺和四苯乙烯的靶向结肠部位抗菌呈 像纳米材料的制备方法
技术领域
本发明属于纳米材料自组装技术领域，利用了正负电荷作用。在季铵偶氮苯聚酰胺(Q-PAMAM-AZO)的亲水水自组装的特性下，进而利用正负电荷相互吸引在季铵偶氮苯聚酰胺(Q-PAMAM-AZO)的表面包覆羧基化四苯基乙烯[TPE-(COOH)4]的纳米粒子的制备方法。
背景技术
自组装(self-assembly)，是指基本结构单元(分子，纳米材料，微米或更大尺度的物质)自发形成有序结构的一种技术。在自组装的过程中，基本结构单元在基于非共价键的相互作用下自发地组织或聚集为一个稳定、具有一定规则几何外观的结构。自组装基于组成单元的特性(如形状，表面性质，电荷，极化率，磁偶极子，质量等)，这些特性决定了他们之间的相互作用。将自身组织成所需的结构和功能的系统的设计是自组装应用的关键。基本结构单元之间必须能够相对移动。它们之间的引力和斥力的平衡决定稳态位置。分子自组装涉及非共价或弱共价相互作用(范德华、静电和疏水相互作用、相互作用、氢和配位键)。在大分子的自组装过程中，宏观物体的相互作用往往可以被选择和调整，并且可以包括诸如引力、外部电磁场、磁场、毛细管和熵等相互作用，而这些相互作用在分子的情况下并不重要。因为自组装要求组件是可移动的，所以通常在液相或光滑表面上进行。自组装的环境可以调节自组装的相互作用。并且在自组装中使用边界和其他组装模板尤其重要，因为模板可以减少缺陷和控制结构。达到有序结构通常需要平衡。如果基本单元在组装过程中不可逆转地粘在一起，它们会形成一个玻璃态，而不是晶体或其他规则结构。自组装要求基本单元在聚合状态和非聚合状态之间平衡，或在聚合中调整它们相对于彼此的位置。
本发明中制备的纳米粒子，是以树枝状高分子聚酰胺PAMAM作为基本骨架，通过共价键连接偶氮苯AZO作为结肠部位靶向基团，然后通过甲基化反应得到季铵盐抗菌材料季铵偶氮苯聚酰胺(Q-PAMAM-AZO)，同时，再通过正负电荷作用，包覆上具有聚集发光效应的羧基修饰的四苯基乙烯衍生物，即可得到自组装纳米材料(TPE@Q-PAMAM-AZO)。
发明内容
本发明的目的是针对上述技术分析，提供一种具有抑菌属性和靶向呈像的自组装纳米材料的制备方法，该制备方法工艺简单、成本低廉且易于实施。
本发明的技术方案:
基于树枝状阳离子聚酰胺和四苯乙烯的靶向结肠部位抗菌呈像纳米材料的制备方法，其特征是:所述自组装纳米材料为以三代聚酰胺(PAMAM)为基础高分子，以共价键的方式连接偶氮苯基团(AZO)，进而通过甲基化反应得到季铵盐抗菌材料，再利用正负电荷引入羧基化的四苯基乙烯，制备步骤如下:
1)聚酰胺(PAMAM)和4-甲基吗啉(NMM)、4-(二甲氨基)偶氮苯4'-异硫氰酸酯(AZO)逐滴加入在N，N-二甲基甲酰胺(DMF)中，并在室温搅拌过夜，得到靶向高分子偶氮苯聚酰胺(PAMAM-AZO)，随后用超纯水透析，最终冻干得到粉末产物；
2)将上述PAMAM-AZO，溶解在10mL的H2O/DMSO(1：1)混合物中，然后向溶液中滴加过量的碘甲烷，在室温下搅拌过夜后，从反应溶液中除去多余的碘甲烷，然后将粗产物用氯化钠溶液透析,然后用蒸馏水透析。最终冻干得到粉末产物,季铵偶氮苯聚酰胺(Q-PAMAM-AZO)；
3)将上述Q-PAMAM-AZO溶于PBS缓冲液中，加入羧基化四苯基乙烯[TPE-(COOH)4]室温下摇床孵育，即可得到自组装超分子纳米材料(TPE@Q-PAMAM-AZO)。
所述的树枝状阳离子聚酰胺和四苯乙烯的靶向结肠部位抗菌呈像纳米材料的制备方法，其特征是:所述偶氮苯聚酰胺为经过树状高分子聚酰胺(3代乙二胺核)修饰的树状偶氮苯聚酰胺(PAMAM-AZO)。
所述的树枝状阳离子聚酰胺和四苯乙烯的靶向结肠部位抗菌呈像纳米材料的制备方法，其特征是:聚酰胺胺(PAMAM)与4-(二甲氨基)偶氮苯4'-异硫氰酸酯(AZO)的摩尔比为6：1。
进一步的，步骤2)中将PAMAM-AZO与碘甲烷反应，其摩尔比为1：10，反应后得到季铵偶氮苯聚酰胺(Q-PAMAM-AZO)。
进一步的，步骤3)中将Q-PAMAM-AZO和羧基化四苯基乙烯[TPE-(COOH)4]在150转和37℃的条件下，在摇床中孵育。
本发明的优点是:本发明中偶氮苯部分用作结肠靶向位点，并通过共价键与聚酰胺共轭，然后通过甲基化反应形成目标树突状阳离子季铵盐材料，以制备季铵偶氮苯聚酰胺。随后，我们通过静电相互作用引入了四苯乙烯，通过聚集诱导了用于结肠部位可视化的发光效果。本发明简便易行、成本低廉，可广泛应用于材料学、生物学、医学等领域，既可以抑制结肠部位细菌的滋生，又可以作为荧光探针实现可视化检测。
本发明简便易行、成本低廉，可广泛应用于材料学、生物学、医学等领域，既可以抑制结肠部位细菌的滋生，又可以作为荧光探针实现可视化检测。
附图说明
图1为自组装纳米粒子抗菌材料的设计和作用机理。
图2为透射电镜图(a)Q-P-A,(b)TPE@Q-P-A。
图3为PAMAM-AZO和Q-P-A的红外曲线。
图4为TPE@Q-P-A靶向后的荧光曲线。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步说明。
附图1给出了本发明自组装纳米粒子抗菌呈像材料的设计和作用机理，由附图1可知，
本发明所述自组装纳米材料为以三代聚酰胺(PAMAM)为基础高分子，以共价键的方式连接偶氮苯基团(AZO)，进而通过甲基化反应得到季铵盐抗菌材料，再利用正负电荷引入羧基化的四苯基乙烯，得到自组装纳米材料可得到自组装纳米材料(TPE@Q-PAMAM-AZO)。
下面给出本发明具体实例阐述:
聚酰胺(PAMAM)(14.49nmol)和4-甲基吗啉(NMM)(5.31mmol)、4-(二甲氨基)偶氮苯4'-异硫氰酸酯(AZO)(23.17nmol)逐滴加入在N，N-二甲基甲酰胺(DMF)(10ml)中，并将所得混合物在室温搅拌过夜。在室温下搅拌过夜后。然后将粗产物用DMF透析2天，以除去未反应的AZO，然后再用蒸馏水透析2天。在此，获得了PAMAM-AZO粗溶液。然后通过0.22μm过滤器过滤粗PAMAM-AZO，我们获得合适尺寸的纳米粒子PAMAM-AZO，通过将最终溶液冻干，得到橙色粉末形式的所得PAMAM-AZO(P-A)。
以Q-P-A的制备为例，将20mg的PAMAM-AZO溶解在10mL的H2O/DMSO(体积比1：1)混合物中，然后向溶液中滴加过量的碘甲烷(198mg，1.4mmol)。在室温下搅拌过夜后，从反应溶液中除去多余的碘甲烷。然后将粗产物用氯化钠溶液透析2天，然后用蒸馏水透析另外2天。过滤不溶物，通过冷冻干燥最终溶液，得到橙色粉末形式的所得季铵偶氮苯聚酰胺Q-P-A。
为了以1：4的TPE：Q-P-A的摩尔比获得超分子纳米粒子TPE@Q-P-A，制备了浓度为0.5mg/mL的含TPE的PBS溶液(pH＝7.4)。将上述Q-P-A溶于PBS缓冲液中，加入羧基化四苯基乙烯[TPE-(COOH)4]室温下摇床孵育，在150转速和37℃的条件下，在摇床中孵育30分钟，即可得到自组装纳米材料(TPE@Q-PAMAM-AZO)。
图2为本发明透射电镜图(a)Q-P-A,(b)TPE@Q-P-A。
该图说明:透射电镜图可以看出，Q-P-A的其直径为184±10nm，且呈球形(图2a)。并且可以看到表面是光滑的。通过正负电荷吸引TPE后，得到的TPE@Q-P-A在透射电镜中显示出显着变化，其形态的变化归因于TPE吸附在了Q-P-A的表面(图2b)。
图3FT-IR光谱中1250cm-1处的峰的-N-H-拉伸证实了PAMAM末端氨基的氨解作用，证实了季铵化反应的发生，证实得到了抗菌材料季铵偶氮苯聚酰胺(Q-PAMAM-AZO)的成功构建。
图4为纳米抗菌探针TPE@Q-P-A加入还原剂后测定荧光强度(激发波长为400nm)。处理还原剂后，被破坏的TPE@Q-P-A的荧光发射强度在500nm附近显着增加(图4)。偶氮被破坏后，引起粒子状态的变化，TPE的AIE效应被激活并重新聚集以产生强荧光。
需要说明的是，以上所述实施方式仅为本发明优选实施例，仅仅用于对本发明做
进一步说明，并非因此限制本发明保护范围。对属于本发明技术构思而仅仅显而易见的改动，同样在本发明保护范围之内。

Claims (6)

1.基于树枝状阳离子聚酰胺和四苯乙烯的靶向结肠部位抗菌呈像纳米材料的制备方法，其特征是:所述自组装纳米材料为以三代聚酰胺(PAMAM)为基础高分子，以共价键的方式连接偶氮苯基团(AZO)，进而通过甲基化反应得到季铵盐抗菌材料，利用正负电荷引入羧基化的四苯基乙烯，制备步骤如下:
1)聚酰胺胺(PAMAM)和4-甲基吗啉(NMM)、4-(二甲氨基)偶氮苯4'-异硫氰酸酯(AZO)逐滴加入在N，N-二甲基甲酰胺(DMF)中，并在室温搅拌过夜，得到靶向高分子偶氮苯聚酰胺(PAMAM-AZO)，随后用超纯水透析，最终冻干得到粉末产物；
2)将上述PAMAM-AZO，溶解在H2O/DMSO混合物中，然后向溶液中滴加过量的碘甲烷，在室温下搅拌过夜后，从反应溶液中除去多余的碘甲烷，然后将粗产物用氯化钠溶液透析,然后用蒸馏水透析，最终冻干得到粉末产物,季铵偶氮苯聚酰胺(Q-PAMAM-AZO)；
3)将上述Q-PAMAM-AZO溶于PBS缓冲液中，加入羧基化四苯基乙烯[TPE-(COOH)4]室温下摇床孵育，即可得到自组装纳米材料(TPE@Q-PAMAM-AZO)。
2.根据权利要求1所述的树枝状阳离子聚酰胺和四苯乙烯的靶向结肠部位抗菌呈像纳米材料的制备方法，其特征是:所述偶氮苯聚酰胺为经过树状高分子聚酰胺修饰的树状偶氮苯聚酰胺(PAMAM-AZO)；所述的树状高分子聚酰胺为3代乙二胺核。
3.根据权利要求1所述的树枝状阳离子聚酰胺和四苯乙烯的靶向结肠部位抗菌呈像纳米材料的制备方法，其特征是:聚酰胺(PAMAM)与4-(二甲氨基)偶氮苯4'-异硫氰酸酯(AZO)的摩尔比为6：1。
4.根据权利要求1所述的树枝状阳离子聚酰胺和四苯乙烯的靶向结肠部位抗菌呈像纳米材料的制备方法，其特征是:步骤2)中将PAMAM-AZO与碘甲烷反应，其摩尔比为1：10，反应后得到季铵偶氮苯聚酰胺(Q-PAMAM-AZO)。
5.根据权利要求1所述的树枝状阳离子聚酰胺和四苯乙烯的靶向结肠部位抗菌呈像纳米材料的制备方法，其特征是:步骤3)中将Q-PAMAM-AZO和羧基化四苯基乙烯[TPE-(COOH)4]在150转和37℃的条件下，在摇床中孵育。
6.根据权利要求1所述的树枝状阳离子聚酰胺和四苯乙烯的靶向结肠部位抗菌呈像纳米材料的制备方法，其特征是:步骤2)中H2O/DMSO体积比为1:1。
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