專利名稱：用于磁性納米粒子仿生表面修飾的表面改性劑及制備和使用方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及化合物及其制備方法，尤其涉及一種用于磁性納米粒子仿生表 面修飾的表面改性劑及制備和使用方法。
背景技術(shù)：
納米粒子由于具有一系列優(yōu)異下性質(zhì)，如磁學(xué)性質(zhì)、電學(xué)性質(zhì)、機械性質(zhì)、 光學(xué)性質(zhì)等，他們作為納米材料在生物、物理、化學(xué)、醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域得到了越來 越廣泛的應(yīng)用。其中磁性納米材料因其科學(xué)理論上的重妻性和技術(shù)上的廣泛應(yīng) 用價值已成為當(dāng)今科學(xué)研究的熱點，在生物相關(guān)領(lǐng)域的應(yīng)用發(fā)展尤為迅速，包
括磁共振成像(MRI)，藥物輸運，生物快速分離技術(shù)和臨床診斷及治療，特別是 癌癥的診斷和治療等方面，絕大多數(shù)都是在水溶液中進行使用的。這些生物相 關(guān)領(lǐng)域的應(yīng)用都要求磁性納米粒子粒徑合適，表面積大或有活性基團，具有良 好的生物相容性，能在液體媒介特別是水中穩(wěn)定存在，而且大多必須是超順磁。
為達到鐵氧化物在生物相關(guān)領(lǐng)域中應(yīng)用的要求，保證其穩(wěn)定存在并使其表 面官能化，人們進行了一系列嘗試。例如，在納米粒子表面包覆二氧化硅薄層， 得到金屬納米粒子為核二氧化硅為殼的復(fù)合納米粒子，賦予納米粒子良好的水 中穩(wěn)定性和化學(xué)惰性。另一個行之有效的方法就是在其表面包一層特殊聚合物 的殼，例如用殼聚糖、聚氧乙烯或者聚乙烯基吡咯烷酮等大分子對磁性納米粒 子進行穩(wěn)定，能增進納米粒子的水溶性和生物相容性。
模擬生物膜結(jié)構(gòu)的新型生物相容性材料的研究引起了極大的關(guān)注。細胞膜 外層具有雙性電荷結(jié)構(gòu)的磷酸膽堿極性頭部可以與水分子形成非常牢固的水合 層，可以有效地改善材料的血液相容性。近年來，將細胞膜仿生的磷酸膽堿設(shè) 計用于納米材料的表面改性和設(shè)計，為解決納米材料在生物醫(yī)學(xué)應(yīng)用中所面臨 的溶解性、穩(wěn)定性和生物相容性等問題提供了良好的思路。人們已經(jīng)實現(xiàn)了系 列金屬納米粒子和聚合物納米粒子在生理環(huán)境下的有效分散和穩(wěn)定。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種用于磁性納米粒子仿生表 面修飾的表面改性劑及制備和使用方法。
用于磁性納米粒子仿生表面修飾的表面改性劑是一種末端含有醛基的細胞 膜仿生聚合物。
用于磁性納米粒子仿生表面修飾的表面改性劑的制備方法包括如下步驟1) 將1重量份對羥基苯甲醛溶解于50重量份四氫呋喃，加入10 50重量
份溴異丁基酰溴和1 1o重量份三乙胺，-20 0°(:下反應(yīng)1 10小時，過濾除去
生成的三乙胺鹽，濾液減壓除去溶劑，經(jīng)柱色譜分離得到含醛基功能基的引發(fā)
劑；
2) 取1重量份細胞膜仿生單體溶解于0.01 50重量份乙醇，密封后充氬氣 或氮氣1 100 min;
3) 取1重量份含醛基功能基的引發(fā)劑、0.01 1重量份催化劑溴化亞銅、 0.01 5重量份配體2-聯(lián)吡啶，密封后充氬氣或氮氣1 100min;
4) 將步驟3)所得混合體系加入到步驟2)所得溶液中，在0 150。C下反 應(yīng)0.1 100小時，停止反應(yīng)，柱色譜分離除去銅鹽，抽干溶劑得到表面改性劑。
所述的細胞膜仿生單體選自甲基丙烯酸磷酸膽堿酯、丙烯酸磷酸膽堿酯、 甲基丙烯酸葡萄糖酯或者丙烯酸葡萄糖酯。
用于磁性納米粒子仿生表面修飾的表面改性劑的使用方法包括如下步驟
1) 將磁性納米粒子分散于水中，按磁性納米粒子和硅烷偶聯(lián)劑的質(zhì)量比10: 1 1: 100的比例加入硅烷偶聯(lián)劑,攪拌下使之充分混合,調(diào)節(jié)溶液pH值至14，
攪拌下反應(yīng)0.1 10小時，使硅烷偶聯(lián)劑化學(xué)接枝在磁性納米粒子表面；
2) 用磁鐵吸附分離得到磁性納米粒子，用水重新分散后用磁鐵分離，清洗 3 5次；
3) 按磁性納米粒子和表面改性劑的摩爾比為1: 500 1: 5><107的比例加入 表面改性劑，在10 50'C下反應(yīng)1 10小時，用水洗滌3 5次后,獲得仿生表 面修飾的磁性納米粒子。
所述的硅烷偶聯(lián)劑為胺丙基三乙氧基硅烷或者胺丙基三甲氧基硅烷。磁性 納米粒子為超順磁四氧化三鐵或者y-三氧化二鐵。 本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有的有益效果
1) 表面改性劑具有細胞膜仿生的磷酸膽堿結(jié)構(gòu)，具有良好的生物相容性；
2) 表面改性劑與納米粒子通過共價鍵連接，結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，能適應(yīng)人體的內(nèi)環(huán) 境下的穩(wěn)定性要求；
3) 表面改性劑適用范圍廣泛，可以任何表面含氨基的納米粒子進行修飾和 穩(wěn)定化。


圖1是用于磁性納米粒子仿生表面修飾的表面改性劑的紅外光譜；
圖2是用于磁性納米粒子仿生表面修飾的表面改性劑的核磁共振譜圖。
具體實施例方式
本發(fā)明公開了一種用于磁性納米粒子仿生表面修飾的表面改性劑及制備和 使用方法。該表面改性劑是通過含有醛基功能基的引發(fā)劑，引發(fā)細胞膜仿生單 體進行原子轉(zhuǎn)移自由基聚合的方法制得的。通過硅烷偶聯(lián)劑在磁性納米粒子的 化學(xué)吸附接入氨基，利用氨基與表面改性劑的醛基進行反應(yīng)，在磁性納米粒子 表面形成穩(wěn)定的仿生聚合物保護層，有效改善磁性納米粒子的水溶性、穩(wěn)定的、 抗凝血性和生物相容性。
實施例1
(1) 制備磁性納米粒子的表面改性劑
將1克對羥基苯甲醛溶解于500毫升四氫呋喃，加入10克溴異丁基酰溴和 3克三乙胺，-1(TC下反應(yīng)4小時，過濾除去生成的三乙胺鹽，濾液減壓除去溶 劑，經(jīng)柱色譜分離得到含醛基功能基的引發(fā)劑；取1.2克甲基丙烯酸磷酸膽堿酯 溶解于15毫升乙醇，密封后充氬氣或氮氣30min;取0.2克含醛基功能基的引 發(fā)劑、O.ll克溴化亞銅、0.23克2-聯(lián)吡啶，密封后充氬氣或氮氣30min，得到單 體溶液，將單體溶液加入到引發(fā)劑中，在3(TC下反應(yīng)8小時，停止反應(yīng)，通過 柱色譜分離除去銅鹽，抽干溶劑得到表面改性劑。紅外(見圖1)和核磁(見圖 2)證實所獲得的產(chǎn)物具有預(yù)期的結(jié)構(gòu)，所得表面改性劑的聚合度為5。
(2) 制備表面改性劑穩(wěn)定的磁性納米粒子
將O.l克四氧化三鐵磁性納米粒子分散于水中，加入1克胺丙基三乙氧基硅 垸，攪拌下使之充分混合,調(diào)節(jié)溶液pH值至14,攪拌下反應(yīng)l小時，使胺丙基三 乙氧基硅化學(xué)接枝在磁性納米粒子表面；用磁鐵吸附分離得到磁性納米粒子， 用三蒸水重新分散后用磁鐵分離，清洗五次；所得磁性納米粒子中加入含末端 氨基的聚甲基丙烯酸磷酸膽堿酯(聚合物為5) 0.5克，在4(TC下反應(yīng)5小時， 用三蒸水洗滌5次后，獲得仿生表面修飾的磁性納米粒子。結(jié)果表明所得磁性納 米粒子具有超順磁性，在緩沖溶液中具有良好的分散穩(wěn)定性。
(3) 血液相容性評價
復(fù)鈣化時間(PRT)測定在硅化試管中，加入0.1mL已預(yù)熱至37T的血 漿和0.1 mL已預(yù)熱至37 。C的20pM的納米粒子分散體，孵育1分鐘后加入0.1 mL已預(yù)熱至37 "C的0.025 M的CaCV溶液，同時開動秒表計時，將一根不銹鋼 小鉤伸入溶液中均勻緩慢的攪動，并檢查是否有纖維蛋白形成，記錄小鉤上剛 開始出現(xiàn)絲狀物的時間，此時間即復(fù)鈣化時間(PRT)，每個樣品重復(fù)測6次， 取平均值。
凝血酶原時間(PT)測定每支含鈣凝血活酶加5.5mL生理鹽水，搖勻溶 解，置于37匸水浴中預(yù)熱備用。將已預(yù)熱至37'C的人體抗凝血漿0.1mL和已 預(yù)熱至37 "C的20^M的納米粒子分散體0.1 mL加入硅化試管中，孵育1分鐘后 加入含鈣凝血活酶溶液O.l mL，同時開動秒表計時，將一根不銹鋼小鉤伸入溶 液中均勻緩慢的攪動，并檢查是否有纖維蛋白形成，記錄小鉤上剛開始出現(xiàn)絲 狀物的時間，此時間即凝血酶原時間(PT)，每個樣品重復(fù)測6次，取平均值。
結(jié)果表明，結(jié)果表明所得磁性納米粒子具有良好的血液相容性。
實施例2
(1) 制備納米粒子的表面改性劑甲基丙烯酸磷酸膽堿酯的用量改為2.5 克，其他實驗步驟同實施例l。核磁和紅外證實所獲得的產(chǎn)物具有預(yù)期的結(jié)構(gòu)， 所得表面改性劑的聚合度為9。
(2) 制備表面改性劑穩(wěn)定的納米粒子分散體所用表面改性劑的聚合物為 9，其它實驗條件同實施例1。結(jié)果表明所得磁性納米粒子具有超順磁性，在緩 沖溶液中具有良好的分散穩(wěn)定性。
(3) 血液相容性評價復(fù)鈣化時間(PRT)和凝血酶原時間(PT)測定實 驗步驟同實施例1
PRT和PT結(jié)果表明，所制備的納米粒子分散體有良好的血液相容性。 實施例3
(1) 制備納米粒子的表面改性劑甲基丙烯酸磷酸膽堿酯的用量改為4克， 其他實驗步驟同實施例1。核磁和紅外證實所獲得的產(chǎn)物具有預(yù)期的結(jié)構(gòu)，所得 表面改性劑的聚合度為15。
(2) 制備表面改性劑穩(wěn)定的納米粒子分散體所用表面改性劑的聚合物為 15，其它實驗條件同實施例l。結(jié)果表明所得磁性納米粒子具有超順磁性，在緩 沖溶液中具有良好的分散穩(wěn)定性。
(3) 血液相容性評價復(fù)鈣化時間(PRT)和凝血酶原時間(PT)測定實 驗步驟同實施例1。
PRT和PT結(jié)果表明，所制備的納米粒子分散體有良好的血液相容性。 實施例4
(1) 制備納米粒子的表面改性劑聚合單體改為丙烯酸磷酸膽堿酯，其用 量為2.5克，其他實驗步驟同實施例l。核磁和紅外證實所獲得的產(chǎn)物具有預(yù)期 的結(jié)構(gòu)，所得表面改性劑的聚合度為10。
(2) 制備表面改性劑穩(wěn)定的納米粒子分散體所用表面改性劑為聚合物為
10的聚丙烯酸磷酸膽堿酯，其它實驗條件同實施例1。結(jié)果表明所得磁性納米
粒子具有超順磁性，在緩沖溶液中具有良好的分散穩(wěn)定性。
(3)血液相容性評價復(fù)鈣化時間(PRT)和凝血酶原時間(PT)測定實 驗步驟同實施例1。
PRT和PT結(jié)果表明，所制備的納米粒子分散體有良好的血液相容性。 實施例5
(1) 制備納米粒子的表面改性劑聚合單體改為甲基丙烯酸葡萄糖酯，其 用量為2.1克，其他實驗步驟同實施例l。核磁和紅外證實所獲得的產(chǎn)物具有預(yù) 期的結(jié)構(gòu)，所得表面改性劑的聚合度為10。
(2) 制備表面改性劑穩(wěn)定的納米粒子分散體所用表面改性劑為聚合物為 10的聚甲基丙烯酸葡萄糖酯，其它實驗條件同實施例1。結(jié)果表明所得磁性納 米粒子具有超順磁性，在緩沖溶液中具有良好的分散穩(wěn)定性。
(3) 血液相容性評價復(fù)鈣化時間(PRT)和凝血酶原時間(PT)測定實 驗步驟同實施例l。
PRT和PT結(jié)果表明，所制備的納米粒子分散體有良好的血液相容性。 實施例6
(1) 制備納米粒子的表面改性劑同實施例2。
(2) 制備表面改性劑穩(wěn)定的納米粒子分散體所用磁性納米粒子改為Y-三
氧化二鐵，其它實驗條件同實施例1。結(jié)果表明所得磁性納米粒子具有超順磁性， 在緩沖溶液中具有良好的分散穩(wěn)定性。
(3) 血液相容性評價復(fù)鈣化時間(PRT)和凝血酶原時間(PT)測定實
驗步驟同實施例1。
PRT和PT結(jié)果表明，所制備的納米粒子分散體有良好的血液相容性。 實施例7
(1) 制備納米粒子的表面改性劑同實施例2。
(2) 制備表面改性劑穩(wěn)定的納米粒子分散體所用硅垸偶聯(lián)劑改為胺丙基
三甲氧基硅烷，其它實驗條件同實施例1。結(jié)果表明所得磁性納米粒子具有超順 磁性，在緩沖溶液中具有良好的分散穩(wěn)定性。
(3) 血液相容性評價復(fù)鈣化時間(PRT)和凝血酶原時間(PT)測定實
驗步驟同實施例l。
PRT和PT結(jié)果表明，所制備的納米粒子分散體有良好的血液相容性。
權(quán)利要求
1.一種用于磁性納米粒子仿生表面修飾的表面改性劑，其特征在于它是一種末端含有醛基的細胞膜仿生聚合物。
2. —種根據(jù)權(quán)利要求1所述用于磁性納米粒子仿生表面修飾的表面改性劑 的制備方法，其特征在于包括如下步驟-1) 將1重量份對羥基苯甲醛溶解于50重量份四氫呋喃，加入10 50重量 份溴異丁基酰溴和1 10重量份三乙胺，-20 0匸下反應(yīng)1 10小時，過濾除去 生成的三乙胺鹽，濾液減壓除去溶劑，經(jīng)柱色譜分離得到含醛基功能基的引發(fā) 劑；2) 取1重量份細胞膜仿生單體溶解于0.01 50重量份乙醇，密封后充氬氣 或氮氣1 100 min;3) 取1重量份含醛基功能基的引發(fā)劑、0.01 1重量份催化劑溴化亞銅、 0.01 5重量份配體2-聯(lián)吡啶，密封后充氬氣或氮氣1 100 min;4) 將步驟3)所得混合體系加入到步驟2)所得溶液中，在0 15(TC下反 應(yīng)0.1 100小時，停止反應(yīng)，除去銅鹽，抽干溶劑得到表面改性劑。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種用于磁性納米粒子仿生表面修飾的表面改性 劑的制備方法，其特征在于所述的細胞膜仿生單體選自甲基丙烯酸磷酸膽堿酯、 丙烯酸磷酸膽堿酯、甲基丙烯酸葡萄糖酯或者丙烯酸葡萄糖酯。
4. 一種根據(jù)權(quán)利要求1所述用于磁性納米粒子仿生表面修飾的表面改性劑 的使用方法，其特征在于包括如下步驟1) 將磁性納米粒子分散于水中，按磁性納米粒子和硅垸偶聯(lián)劑的質(zhì)量比10: 1 1: 100的比例加入硅烷偶聯(lián)劑，攪拌下使之充分混合,調(diào)節(jié)溶液pH值至14， 攪拌下反應(yīng)0.1 10小時，使硅烷偶聯(lián)劑化學(xué)接枝在磁性納米粒子表面；2) 用磁鐵吸附分離得到磁性納米粒子，用水重新分散后用磁鐵分離，清洗 3 5次；3) 按磁性納米粒子和表面改性劑的摩爾比為1: 500 1: 5><107的比例加入 表面改性劑，在10 5(TC下反應(yīng)1 10小時，用水洗滌3 5次后，獲得仿生表 面修飾的磁性納米粒子。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種用于磁性納米粒子仿生表面修飾的表面改性 劑的使用方法，其特征在于所述的硅垸偶聯(lián)劑為胺丙基三乙氧基硅烷或者胺丙 基三甲氧基硅烷。
6. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種用于磁性納米粒子仿生表面修飾的表面改性 劑的使用方法，其特征在于所述的磁性納米粒子為超順磁四氧化三鐵或者？三 氧化二鐵。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種用于磁性納米粒子仿生表面修飾的表面改性劑及制備和使用方法。該表面改性劑是一種末端含有醛基的細胞膜仿生聚合物，該表面改性劑是通過含有醛基功能基的引發(fā)劑，引發(fā)細胞膜仿生單體進行原子轉(zhuǎn)移自由基聚合的方法制得的。該表面改性劑可以用于對磁性納米粒子進行修飾，通過硅烷偶聯(lián)劑在磁性納米粒子的化學(xué)吸附接入氨基，利用氨基與表面改性劑的醛基進行反應(yīng)，在磁性納米粒子表面形成穩(wěn)定的仿生聚合物保護層，有效改善磁性納米粒子的水溶性、穩(wěn)定的、抗凝血性和生物相容性。本發(fā)明可用于藥物緩釋、基因傳遞、生物分子診斷和檢測、生物分子分離、生物傳感器等領(lǐng)域中。
文檔編號C08F120/34GK101367895SQ20081012079
公開日2009年2月18日 申請日期2008年9月5日 優(yōu)先權(quán)日2008年9月5日
發(fā)明者徐建平, 沈家驄, 王晨辰, 劍 計 申請人:浙江大學(xué)