CN1822254A - 生物医药用磁流体及其制备方法 - Google Patents

Abstract

一种生物医药用磁流体，含水、磁性纳米颗粒和亲水性有机高分子物质，亲水性有机高分子物质包覆在磁性纳米颗粒的表面，表面包覆有亲水性有机高分子物质的磁性纳米颗粒均匀分散于水相中，磁性纳米颗粒是磁性的无机纳米颗粒，亲水性有机高分子物质是水溶性淀粉，水溶性淀粉包覆层的表面带有功能基团：羟基－OH或醛基－CHO，磁性无机纳米颗粒是粒径为5～20nm的Fe₃O₄颗粒，表面包覆有水溶性淀粉的磁性无机纳米颗粒的复合颗粒的粒径小于50nm。该磁流体具有良好的生物相容性，生物可降解性、悬浮稳定性和磁响应性，可用于细胞分离、肿瘤热疗、核磁共振造影成像和靶向给药等生物医学领域。本发明提供两种该磁流体制备方法。

Description

生物医药用磁流体及其制备方法

                      技术领域

本发明涉及一种生物医药用磁流体及其制备方法，属于纳米科学技术及生物医药领域。

                      背景技术

磁流体又称磁性液体，是纳米材料的重要应用领域之一，它兼有固体材料的磁性和液体材料的流动性，是一种新型的液体功能材料。早期的磁流体主要用于密封、润滑、阻尼、研磨、分离、印染印刷以及环境保护等方面，并取得了巨大的成功。近年来，随着纳米科学技术的发展，磁性纳米颗粒因其生物相容性、特殊的磁性能使其在生物医药领域具有广阔的应用前景，如固定化酶、靶向药物、控制释放、核磁共振造影成像、DNA和细胞分离技术等已成为当前研究的热点。因此，生物医药用磁流体的制备与研究开始受到广泛关注。

由于磁流体中磁性纳米颗粒的大小、粒子表面的性质、悬浮稳定性、磁响应性均对其在生物医药领域的应用具有显著的影响，因而生物医药用磁流体的制备成为这些应用技术的主要前提。传统的油基磁流体由于其非生物相容性，在生物医药领域的应用受到限制。而基于表面活性剂的水基磁流体很难对其进行表面功能化修饰，其在生物医药领域的应用也受到了一定程度的限制。

通过天然的或合成的亲水性有机高分子对磁性纳米颗粒进行表面包覆修饰，一方面提高磁性颗粒的生物相容性、悬浮稳定性和对生物体内网状内皮系统的穿透力，延长其体内循环时间；另一方面，有机高分子上的活性基团经过表面修饰可同时负载多种功能高分子(多肽、抗体、酶、DNA和RNA等)，从而可制备出多功能的磁性纳米颗粒载体材料。因而采用亲水性有机高分子作为稳定剂的磁流体成为一种极具应用前景的生物医药用磁流体。

目前，已有的生物医药用磁流体的稳定剂主要有：聚乙二醇、葡聚糖、壳聚糖等。其中，聚乙二醇作为稳定剂的效果不够理想；而葡聚糖和壳聚糖等亲水性有机高分子一方面成本非常高，另一方面现有合成方法制备的磁流体磁响应性较弱。国内邱广亮等采用乳化复合技术制备出粒径为50～375nm的磁性淀粉微球，在水相中具有较好的分散稳定性(邱广亮，李咏兰等，化工科技，2001，9(4)：15～18)。但由于磁性淀粉复合颗粒粒径较大，粒度分布过宽，限制了其在生物医药领域中的应用，尤其是在磁靶向药物技术中的应用。因此，开发新的低成本的、粒径小于50nm且单分散性良好的、强磁响应及高稳定性的生物医药用磁流体仍具有重大的实际意义。

                      发明内容

本发明的第一个目的是提出一种生物医药用磁流体，含水、磁性纳米颗粒和亲水性有机高分子物质，亲水性有机高分子物质包覆在磁性纳米颗粒的表面，表面包覆有亲水性有机高分子物质的磁性纳米颗粒均匀分散于水相中，形成稳定的胶体溶液，其特征在于，磁性纳米颗粒是磁性的无机纳米颗粒，磁性的无机纳米颗粒构成该磁流体的核心，亲水性有机高分子物质是水溶性淀粉，包覆在磁性纳米颗粒表面的水溶性淀粉包覆层的表面带有功能基团：羟基-OH或醛基-CHO。

所述的生物医药用磁流体的进一步特征在于，磁性无机纳米颗粒是粒径为5～20nm的Fe₃O₄颗粒，表面包覆有水溶性淀粉的磁性无机纳米颗粒的复合颗粒的粒径小于50nm。

本发明的第二个目的是提供一种所述的磁流体的制备方法。

为实现上述的第二个目的，本发明采用以下的技术方案，现详细说明如下。

一种生物医药用磁流体的制备方法，其特征在于，具体操作步骤：

第一步原料准备

原料为FeCl₃·6H₂O，FeSO₄·7H₂O，NaOH或NH₃·H₂O，可溶性淀粉，可溶性淀粉的分子量为20000～40000，所用原料均为分析纯；

第二步反应液的配制

分别配制Fe³⁺和Fe²⁺的铁盐混合水溶液及NaOH或氨水溶液，铁盐混合水溶液中Fe³⁺离子的浓度为0.2～0.8mol/L，Fe²⁺的浓度为0.1～0.4mol/L，NaOH或氨水溶液的浓度为0.1～1mol/L；

第三步磁流体的制备

取2～6份重量的可溶性淀粉加入50份重量的二次蒸馏水中，60～80℃下使可溶性淀粉溶解，取第二步配制的铁盐混合水溶液加入淀粉溶液中，N₂保护下混合，搅拌均匀，在60～80℃下向混合溶液中快速滴加浓度为0.1～1mol/L的NaOH溶液或氨水溶液，至混合溶液的pH＝10～11，60～80℃下继续搅拌1～2h，得到黑色的磁性悬浮液，用稀盐酸调节该悬浮液的pH值至中性，离心去除溶液中的沉淀物，然后，样品经二次蒸馏水透析2～3天，除去未反应的淀粉和其它非磁性成分，所得的溶液分别用二次蒸馏水和磷酸盐缓冲溶液PBS(pH＝7.40)清洗，浓缩后得产品生物医药用磁流体，该磁流体为表面富含羟基-OH的磁性淀粉复合纳米颗粒均匀分散于水相中的水基磁流体。

所述的生物医药用磁流体的制备方法的进一步特征在于，具体操作步骤还包括：

第四步磁性淀粉复合纳米颗粒表面醛基化

取第三步制得的磁流体样品，充入N₂1～2h，用二次蒸馏水配制一定浓度的NaIO₄溶液，加入所述的磁流体样品中，至反应液中NaIO₄浓度为5～10mmol/L，N₂保护下避光反应3～5h后，用二次蒸馏水充分透析，得产品生物医药用磁流体，该磁流体为表面富含醛基-CHO的磁性淀粉复合纳米颗粒均匀分散于水相中的水基磁流体。

本发明有以下有益效果：

1、本发明的磁流体是一种生物医药用水基磁流体，具有良好的生物相容性，生物可降解性、悬浮稳定性和磁响应性。

2、本发明的磁流体中磁性淀粉复合纳米颗粒表面含有两种反应性功能基团羟基-OH和醛基-CHO之一，可负载多种功能高分子(多肽、抗体、酶、DNA和RNA等)。

3、本发明的磁流体采用原位化学共沉淀法合成，通过优化合成工艺(反应物浓度、反应温度和时间等)，有效的控制了纳米颗粒的成核速率和核生长速率，制备的磁流体中磁性淀粉复合纳米颗粒的平均粒径小于50nm，单分散性良好，可用于靶向给药、细胞分离、肿瘤热疗和核磁共振造影成像等诸多领域。

4、本发明的制备方法简单易行，采用常用的可溶性淀粉作为有机高分子稳定剂，可显著的降低生产成本。

                    具体实施方式

下面结合具体的实施例，对本发明作进一步的阐述。本发明不限于这些具体的实施例。所有的实施例均按上述的制备方法的操作步骤操作。

实施例1

用二次蒸馏水分别配制Fe³⁺和Fe²⁺的混合水溶液及NaOH溶液。铁盐的混合水溶液中Fe³⁺离子的浓度为0.8mol/L，Fe²⁺的浓度为0.4mol/L。将6g份重量的可溶性淀粉加入50g的二次蒸馏水中，加热到80℃使其溶解。取铁盐的混合水溶液24mL加入淀粉溶液中，在N₂的保护下，搅拌均匀。在80℃下向混合溶液中滴加1mol/L的NaOH溶液至混合溶液的pH＝10～11，使水解趋于完全。80℃下继续搅拌2h，得到黑色的磁性悬浮液。用稀盐酸调节该悬浮液的pH值至中性后，1500r/min离心15min，去除该悬浮液中的沉淀物，然后，经二次蒸馏水透析2～3天，除去未反应的淀粉和其它非磁性成分。所得的悬浮液分别用二次蒸馏水和磷酸盐缓冲溶液PBS(pH＝7.40)洗清，浓缩处理后，即得产品生物医药用磁流体，该磁流体为表面富含羟基-OH的磁性淀粉复合纳米颗粒均匀分散于水相中的水基磁流体。

在该磁流体中，淀粉包覆的磁性纳米颗粒的形状为近球形，单分散性良好，粒径在40～50nm之间，比饱和磁化强度为45emu/g。该磁流体含Fe₃O₄10mg/mL，含淀粉约2.5mg/mL。该磁流体样品具有良好的悬浮稳定性，在2～6个月内由于重力作用产生的沉降现象不明显。

实施例2

用二次蒸馏水分别配制Fe³⁺和Fe²⁺的混合水溶液及氨水溶液。铁盐的混合水溶液中Fe³⁺离子的浓度为0.2mol/L，Fe²⁺的浓度为0.1mol/L。将2g可溶性淀粉加入40g二次蒸馏水中，加热到60℃使其溶解。取铁盐的混合水溶液24mL加入淀粉溶液中，在N₂保护下，搅拌混合均匀。在60℃下向混合溶液中滴加1mol/L的氨水溶液至混合溶液的pH＝10～11，使水解趋于完全。60℃下继续搅拌2h，得到黑色的磁性悬浮液。用稀盐酸调节该悬浮液的pH值至中性，1500r/min离心15min，去除该悬浮液中的沉淀物，再经二次蒸馏水透析2～3天，除去未反应的淀粉和其它非磁性成分。所得的悬浮液分别用二次蒸馏水和磷酸盐缓冲溶液PBS(pH＝7.40)洗清，浓缩处理后，即得生物医药用磁流体，该磁流体为表面富含羟基-OH的磁性淀粉复合纳米颗粒均匀分散于水相中的水基磁流体。

实施例3

用二次蒸馏水分别配制Fe³⁺和Fe²⁺的混合水溶液及氨水溶液。铁盐的混合水溶液中Fe³⁺离子的浓度为0.4mol/L，Fe²⁺的浓度为0.2mol/L。将4g可溶性淀粉加入50g二次蒸馏水中，加热到70℃使其溶解。取铁盐的混合水溶液24mL加入淀粉溶液中，在N₂保护下，搅拌混合均匀。在70℃下向混合溶液中滴加1mol/L的氨水溶液至混合溶液的pH＝10～11，使水解趋于完全。70℃下继续搅拌2h，得到黑色的磁性悬浮液。用稀盐酸调节该悬浮液的pH值至中性后，1500r/min离心15min，去除悬浮液中的沉淀物，再经二次蒸馏水透析2～3天，除去未反应的淀粉和其它非磁性成分。所得的悬浮液分别用二次蒸馏水和磷酸盐缓冲溶液PBS(pH＝7.40)洗清，浓缩处理后，充入N₂1～2h。加入25mmol/L的NaIO₄溶液，至反应液中NaIO₄浓度为5mmol/L，N₂气氛下避光反应5h后，用二次蒸馏水充分透析，得到产品生物医药用磁流体，该磁流体为表面富含醛基-CHO的磁性淀粉复合纳米颗粒均匀分散于水相中的水基磁流体。

本发明的水基磁流体具有良好的生物相容性，生物可降解性、悬浮稳定性和磁响应性，可用于细胞分离、肿瘤热疗、核磁共振造影成像和靶向给药等生物医学领域。

Claims (4)

1、一种生物医药用磁流体，含水、磁性纳米颗粒和亲水性有机高分子物质，亲水性有机高分子物质包覆在磁性纳米颗粒的表面，表面包覆有亲水性有机高分子物质的磁性纳米颗粒均匀分散于水相中，形成稳定的胶体溶液，其特征在于，磁性纳米颗粒是磁性的无机纳米颗粒，磁性的无机纳米颗粒构成该磁流体的核心，亲水性有机高分子物质是水溶性淀粉，包覆在磁性纳米颗粒表面的水溶性淀粉包覆层的表面带有功能基团：羟基-OH或醛基-CHO。

2、根据权利要求1所述的生物医药用磁流体，其特征在于，磁性无机纳米颗粒是粒径为5～20nm的Fe₃O₄颗粒，表面包覆有水溶性淀粉的磁性无机纳米颗粒的复合颗粒的粒径小于50nm。

3、权利要求1或2所述的生物医药用磁流体的制备方法，其特征在于，具体操作步骤：

第一步 原料准备

原料为FeCl₃·6H₂O，FeSO₄·7H₂O，NaOH或NH₃·H₂O，可溶性淀粉，可溶性淀粉的分子量为20000～40000，所用原料均为分析纯；

第二步 反应液的配制

分别配制Fe³⁺和Fe²⁺的铁盐混合水溶液及NaOH或氨水溶液，铁盐混合水溶液中Fe³⁺离子的浓度为0.2～0.8mol/L，Fe²⁺的浓度为0.1～0.4mol/L，NaOH或氨水溶液的浓度为0.1～1mol/L；

第三步 磁流体的制备

取2～6份重量的可溶性淀粉加入50份重量的二次蒸馏水中，60～80℃下使可溶性淀粉溶解，取第二步配制的铁盐混合水溶液加入淀粉溶液中，N₂保护下混合，搅拌均匀，在60～80℃下向混合溶液中快速滴加浓度为0.1～1mol/L的NaOH溶液或氨水溶液，至混合溶液的pH＝10～11，60～80℃下继续搅拌1～2h，得到黑色的磁性悬浮液，用稀盐酸调节该悬浮液的pH值至中性，离心去除溶液中的沉淀物，然后，样品经二次蒸馏水透析2～3天，除去未反应的淀粉和其它非磁性成分，所得的溶液分别用二次蒸馏水和磷酸盐缓冲溶液PBS(pH＝7.40)清洗，浓缩后得产品生物医药用磁流体，该磁流体为表面富含羟基-OH的磁性淀粉复合纳米颗粒均匀分散于水相中的水基磁流体。

4、根据权利要求3所述的生物医药用磁流体的制备方法，其特征在于，具体操作步骤还包括：

第四步 磁性淀粉复合纳米颗粒表面醛基化

取第三步制得的磁流体样品，充入N₂1～2h，用二次蒸馏水配制一定浓度的NaIO₄溶液，加入所述的磁流体样品中，至反应液中NaIO₄浓度为5～10mmol/L，N₂保护下避光反应3～5h后，用二次蒸馏水充分透析，得产品生物医药用磁流体，该磁流体为表面富含醛基-CHO的磁性淀粉复合纳米颗粒均匀分散于水相中的水基磁流体。