專利名稱：一種粒徑均一可功能化的超順磁納米粒子及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于生物功能化材料技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種粒徑均一的含可修飾的氨基
超順磁性納米粒子及其制備方法。
背景技術(shù)：
超順磁性納米粒子具有特殊的磁學(xué)性質(zhì)，其磁學(xué)性質(zhì)會隨著外界環(huán)境的變化而產(chǎn)生變化，這使得它們在化學(xué)與生物傳感等方面有著廣闊的應(yīng)用前景。但是傳統(tǒng)的超順磁納米粒子作為生物傳感材料還存在著粒徑不夠均一，難以進(jìn)行生物應(yīng)用，以及表面基團(tuán)難于生物功能化的等缺點；對合成粒徑均一的超順磁納米粒子，并使之能方便的生物功能化，成為目前研究的熱點。 本發(fā)明通過合成一系列粒徑均一的超順磁納米粒子，并在其表面引入易于生物功能化的氨基端基，以提高超順磁納米粒子的生物相容性和生物功能性。

發(fā)明內(nèi)容
技術(shù)問題本發(fā)明的目的在于提供一種粒徑均一的含可修飾的氨基的生物功能性超順磁性納米粒子及其制備方法。 技術(shù)方案本發(fā)明的粒徑均一可功能化的超順磁納米粒子具有一個超順磁納米粒子核，并在此磁納米粒子核上分別連接若干水溶性高分子鏈段以及含可修飾氨基端基的有機(jī)鏈段； 所述的磁納米粒子核為MFe204超順磁納米粒子，其中，金屬M(fèi)是Fe、Co、Mn中的一種，即，磁納米粒子是Fe304、CoFe204或MnFe^中的一種，磁納米粒子的粒徑在4-12nm之間，粒徑分布不大于20%。 水溶性高分子鏈段為聚(乙二醇)甲基丙烯酸酯高分子鏈，具體結(jié)構(gòu)為
o、、
，C-CH2-CH2-
0'
-CH2 —
o=
m是聚合度，m為5-100，
n為聚乙二醇單體的鏈節(jié)長度，n為6-7，
高分子鏈通過端基上的-coo—基團(tuán)與磁納米粒子核相連接c
c m
H
c-
-cl.c-o-
2 2
,c-clo，
.H
4
含可修飾氨基瑞基的有機(jī)鏈段，其結(jié)構(gòu)為一0"~>-CH2-CH2-NH2通過Si_0_鍵與
磁納米粒子核連接。 合成方法具體步驟如下 a.磁納米粒子的合成 在二芐醚溶劑中乙酰丙酮鐵在1，2-十六二醇、油酸、油胺的共同作用下，高溫分解成單分散的磁納米粒子， 具體步驟為將乙酰丙酮鐵(ni)、l，2-十六二醇、油酸、油胺溶于二芐醚中，在不斷通入氮氣的條件磁力攪拌，在氮氣保護(hù)下將混合溶液加熱到20(TC持續(xù)2小時，然后升溫到30(TC下再加熱一小時，移開熱源冷卻到室溫，加入乙醇，有黑色沉淀生成。用離心分離法分離出黑色沉淀，并將其分散在含油酸和油胺的正己烷溶液中，離心分離出的黑色沉淀即為磁納米粒子，將磁納米粒子減壓干燥，在o-4t:下保存；
b.磁納米粒子上引發(fā)劑的引入 3-氯丙酸引發(fā)劑通過置換作用引入磁納米粒子的表面， 具體步驟為將油酸穩(wěn)定的磁納米粒子分散在3_氯丙酸的正己烷溶液中，在氬氣保護(hù)下常溫磁力攪拌24小時，離心分離得到引入引發(fā)劑的磁納米粒子，用正己烷洗滌三次
減壓干燥，在o-4t:下保存； c.水溶性磁納米粒子的合成 以連接在磁納米粒子上的3-氯內(nèi)酸為引發(fā)齊U，通過ATRP反應(yīng)與聚(乙二醇)甲基丙烯酸酯聚合物包裹的水溶性磁納米粒子， 具體步驟為引入引發(fā)劑的磁納米粒子直接溶解在聚(乙二醇)甲基丙烯酸酯單體中，通氬氣15分鐘，加入CuCl和聯(lián)吡啶，再通氬氣10分鐘，將混合溶液密封，在3(TC水浴下磁力攪拌18小時。反應(yīng)完成后用四氫呋喃稀釋反應(yīng)混合液，離心分離所得混合液，去除含銅沉淀，將剩余混合液滴入乙醚中，得到深褐色沉淀。將沉淀溶解在乙醇中，離心分離剩余的沉淀，重復(fù)溶解_沉淀_離心過程三次，真空干燥，得到水溶性磁納米粒子；
d.生物功能化的磁納米粒子的合成 通過置換作用，將含氨基的三甲氧基硅置換在水溶性磁納米粒子表面，
具體步驟為將含氨基的三甲氧基硅(CH30)3SiCH2CH2NH2)溶解在乙醚中，加入上述制得的磁納米粒子，在通氬氣的情況下常溫磁力攪拌24小時，離心分離所得磁納米粒子，用乙醚洗滌三次，真空干燥，得到最終的生物功能化的水溶性磁納米粒子。
在磁納米粒子的合成中，將乙酰丙酮鐵(ni)、i，2-十六二醇、油酸、油胺溶于二
芐醚時，如需合成含錳或鈷的磁納米粒子則還需加入乙酰丙酮錳(II)或乙酰丙酮鈷(11)。
有益效果本發(fā)明通過采用高溫有機(jī)相共沉積法等步驟，合成了尺寸均一的超細(xì)磁納米粒子(尺寸小于10nm)，利用ATRP聚合在其表面掛接生物相容性的聚(乙二醇)甲基丙烯酸酯，在磁納米粒子表面掛接含氨基的三甲氧基硅，使其能在氨基上修飾生物功能性的熒光基團(tuán)，實現(xiàn)生物功能化。 合成的這種超順磁納米粒子粒徑均一，避免了粒徑不一可能帶來的磁納米粒子物理性能的變化及對生物體的傷害，使其能較好的運(yùn)用于生物體內(nèi)。同時，合成的這種超順
5磁納米粒子上引入了含氨基的三氧甲基硅，氨基可以用于連接與某些具有特異性識別的生物分子的生物功能性基團(tuán)，實現(xiàn)對特定生物分子的檢測。另外，表面引入的高分子鏈節(jié)為聚(乙二醇)甲基丙烯酸酯(PEGMA)， PEGMA具有很好的水溶性和生物相容性，使得這種超順磁納米粒子具有很好的生物相容性，大大減小了共軛聚合物對生物體的毒性。
具體實施例方式
采用高溫有機(jī)相共沉積法等步驟，合成了尺寸均一的超細(xì)磁納米粒子(尺寸小于10nm)，利用ATRP聚合在其表面掛接生物相容性的聚(乙二醇)甲基丙烯酸酯，在磁納米粒子表面掛接含氨基的三甲氧基硅，使其能在氨基上修飾各種生物功能性基團(tuán)，實現(xiàn)生物功能化。 合成的這種超順磁納米粒子粒徑均，避免了粒徑不一可能帶來的磁納米粒子物理性能的變化及對生物體的傷害，使其能較好的運(yùn)用于生物體內(nèi)。同時，合成的這種超順磁納米粒子上引入了含氨基的三氧甲基硅，氨基可以用于連接與某些具有特異性識別的生物分子的生物功能性基團(tuán)，實現(xiàn)對特定生物分子的檢測。另外，表面引入的高分子鏈節(jié)為聚(乙二醇)甲基丙烯酸酯(PEGMA)， PEGMA具有很好的水溶性和生物相容性，使得這種超順磁納米粒子具有很好的生物相容性，大大減小了共軛聚合物對生物體的毒性。
本發(fā)明提供的超順磁納米粒子的結(jié)構(gòu)中， (^^)為MFe204磁納米粒子核，其中，金屬M(fèi)是Fe、 Co、 Mn中的一種，磁納米粒子的粒徑在4-12nm之間，粒徑分布不大于20% >>w^/wwww^為聚(乙二醇)甲基丙烯酸酯高分子鏈，具體結(jié)構(gòu)為
CH3
CH2一c--CI
0=Cm
0 丄
CH2
CH2、
i H
m是聚合度，m為5-100， n為聚乙二醇單體的鏈節(jié)長度，n為6-7， 高分子鏈通過端基上的-C00—基團(tuán)與磁納米粒子核相連接。
一0\ —0^Si-CH2-CH2-NH2通過Si_0_鍵與磁納米粒子核連接。
^*為一0 上述磁納米粒子中，下面的三例比較典型。
(1)磁納米粒子核為？6304，磁納米粒子周圍附著著具有生物相容性的聚(乙二醇)
甲基丙烯酸酯和能生物功能化的帶氨基的有機(jī)硅化物，其結(jié)構(gòu)特征如下
6
或者，(2)磁納米粒子核為0^6204，磁納米粒子周圍附著著具有生物相容性的聚
(乙二醇)甲基丙烯酸酯和能生物功能化的帶氨基的有機(jī)硅化物，其結(jié)構(gòu)特征如下
或者，(3)磁納米粒子核為MnFe204，磁納米粒子周圍附著著具有生物相容性的聚(乙二醇)甲基丙烯酸酯和能生物功能化的帶氨基的有機(jī)硅化物，其結(jié)構(gòu)特征如下
本發(fā)明的上述化合物的合成方法如下
( — )磁納米粒子的合成 在二芐醚溶劑中乙酰丙酮鐵在1，2-十六二醇、油酸、油胺的共同作用下，高溫分
解成單分散的磁納米粒子。
具體步驟如下 將乙酰丙酮鐵(iii)(如需合成含錳或鈷的磁納米粒子則還需加入乙酰丙酮錳
(ii)或乙酰丙酮鈷(n))、i，2-十六二醇、油酸、油胺溶于二芐醚中，在不斷通入氮氣的條
件磁力攪拌，在氮氣保護(hù)下將混合溶液加熱到20(TC持續(xù)2小時，然后升溫到30(TC下再加熱一小時，移開熱源冷卻到室溫，加入乙醇，有黑色沉淀生成。用離心分離法分離出黑色沉淀，并將其分散在含油酸和油胺的正己烷溶液中，離心分離出的黑色沉淀即為磁納米粒子，
將磁納米粒子減壓干燥，在o-4t:下保存。
(二 )磁納米粒子上引發(fā)劑的引入 3-氯丙酸引發(fā)劑通過置換作用引入磁納米粒子的表面。具體步驟如下 將油酸穩(wěn)定的磁納米粒子分散在3-氯丙酸的正己烷溶液中，在氬氣保護(hù)下常溫
磁力攪拌24小時，離心分離得到引入引發(fā)劑的磁納米粒子，用正己烷洗滌三次減壓干燥，
在0-4"下保存。(三)水溶性磁納米粒子的合成 以連接在磁納米粒子上的3-氯丙酸為引發(fā)齊U，通過ATRP反應(yīng)與聚(乙二醇)甲基丙烯酸酯聚合物包裹的水溶性磁納米粒子。具體步驟如下 引入引發(fā)劑的磁納米粒子直接溶解在聚(乙二醇)甲基丙烯酸酯單體中，通氬氣15分鐘，加入CuCl和聯(lián)吡啶，再通氬氣10分鐘，將混合溶液密封，在3(TC水浴下磁力攪拌18小時。反應(yīng)完成后用四氫呋喃稀釋反應(yīng)混合液，離心分離所得混合液，去除含銅沉淀，將剩余混合液滴入乙醚中，得到深褐色沉淀。將沉淀溶解在乙醇中，離心分離剩余的沉淀，重復(fù)溶解_沉淀_離心過程三次，真空干燥，得到水溶性磁納米粒子。
(四)生物功能化的磁納米粒子的合成 通過置換作用，將含氨基的三甲氧基硅置換在水溶性磁納米粒子表面。
具體步驟如下 將含氨基的三甲氧基硅(CH30)3SiCH2CH2NH2)溶解在乙醚中，加入上述制得的磁納米粒子，在通氬氣的情況下常溫磁力攪拌24小時，離心分離所得磁納米粒子，用乙醚洗滌三次，真空干燥，得到最終的生物功能化的水溶性磁納米粒子。 為了更好地理解本發(fā)明，下面通過具體實施例來進(jìn)一步說明本發(fā)明的技術(shù)方案。
實施例1、 Fe304作為磁納米粒子核的生物功能化超順磁納米粒子的合成
( — )磁納米粒子的合成
具體步驟如下 將乙酰丙酮鐵(III) (1. 766g，0. 337mL，5mmo1) 、1，2-十六二醇(6. 461g， 25mmo1)、油酸(4. 237g，4. 761mL， 15mmol)、油胺(4. 012g，4. 935mL， 15mmo1)溶于50mL二節(jié)醚中，在不斷通入氮氣的條件磁力攪拌，在氮氣保護(hù)下將混合溶液加熱到20(TC持續(xù)2小時，然后升溫到30(TC下再加熱一小時，移開熱源冷卻到室溫，加入100mL乙醇，有黑色沉淀生成。在
86000轉(zhuǎn)/分鐘的速度下離心分離IO分鐘，離心分離出黑色沉淀，并將其分散在含lmL油酸 和lmL油胺的40mL正己烷溶液中，在6000轉(zhuǎn)/分鐘的速度下離心分離10分鐘，離心分離
出的黑色沉淀即為磁納米粒子，將磁納米粒子減壓干燥，在o-4t:下保存。 ( 二 )磁納米粒子上引發(fā)劑的引入
具體步驟如下 將lOOmg油酸穩(wěn)定的磁納米粒子分散在lOOmLO. 25mol/L的3_氯丙酸的正己烷溶 液中，在氬氣保護(hù)下常溫磁力攪拌24小時，6000轉(zhuǎn)/分鐘的速度下離心分離4分鐘，離心分
離得到引入引發(fā)劑的磁納米粒子，用正己烷洗滌三次減壓干燥，在o-4t:下保存。(三)水溶性磁納米粒子的合成 將60. Omg引入引發(fā)劑的磁納米粒子直接溶解在6mL聚(乙二醇)甲基丙烯酸酯 單體中，得到一透明褐色溶液，通氬氣15分鐘，加入5. lmgCuCl和24mg聯(lián)吡啶，再通氬氣10 分鐘，將混合溶液密封，在3(TC水浴下磁力攪拌18小時。反應(yīng)完成后以l : 5的比例用四 氫呋喃稀釋反應(yīng)混合液，在4000轉(zhuǎn)/分鐘的速度下離心分離4分鐘離心分離所得混合液， 去除含銅沉淀，將剩余混合液滴入200mL乙醚中，得到深褐色沉淀。將沉淀溶解在乙醇中， 在2000轉(zhuǎn)/分鐘的速度下離心分離4分鐘離心分離剩余的沉淀，重復(fù)溶解_沉淀_離心過 程三次，真空干燥，得到水溶性磁納米粒子。
(四)生物功能化的磁納米粒子的合成 將2g含氨基的三甲氧基硅(CH30)3SiCH2CH2NH2)溶解在50mL乙醚中，加入30mg上 述制得的磁納米粒子，在通氬氣的情況下常溫磁力攪拌24小時，在4000轉(zhuǎn)/分鐘的速度下 離心分離4分鐘離心分離所得磁納米粒子，用乙醚洗滌三次，真空干燥，得到最終的生物功 能化的水溶性磁納米粒子。 實施例2、 CoFe204作為磁納米粒子核的生物功能化超順磁納米粒子的合成
<formula>formula see original document page 9</formula>[OO76]( — )磁納米粒子的合成
具體步驟如下 將乙酰丙酮鐵(III) (1.413g，4mmo1)、乙酰丙酮鈷(II) (0. 5503g， 2mmo1) 、 1， 2-十六二醇(7. 753g，30mmol)、油酸(5. 084g， 5. 713mL， 18mmo1)、油胺(4. 814g， 5. 922mL， 18mmo1)溶于60mL 二節(jié)醚中，在不斷通入氮氣的條件磁力攪拌，在氮氣保護(hù)下將混合溶液 加熱到20(TC持續(xù)2小時，然后升溫到30(TC下再加熱一小時，移開熱源冷卻到室溫，加入 100mL乙醇，有黑色沉淀生成。在6000轉(zhuǎn)/分鐘的速度下離心分離10分鐘，離心分離出黑 色沉淀，并將其分散在含lmL油酸和lmL油胺的40mL正己烷溶液中，在6000轉(zhuǎn)/分鐘的速度下離心分離10分鐘，離心分離出的黑色沉淀即為磁納米粒子，將磁納米粒子減壓干燥， 在0-4"下保存。 ( 二 )磁納米粒子上引發(fā)劑的引入
具體步驟如下 將lOOmg油酸穩(wěn)定的磁納米粒子分散在lOOmLO. 25mol/L的3-氯丙酸的正己烷溶 液中，在氬氣保護(hù)下常溫磁力攪拌24小時，6000轉(zhuǎn)/分鐘的速度下離心分離4分鐘，離心分
離得到引入引發(fā)劑的磁納米粒子，用正己烷洗滌三次減壓干燥，在o-4t:下保存。(三)水溶性磁納米粒子的合成 將60. Omg引入引發(fā)劑的磁納米粒子直接溶解在6mL聚(乙二醇)甲基內(nèi)烯酸酯 單體中，得到一透明褐色溶液，通氬氣15分鐘，加入5. lmgCuCl和24mg聯(lián)吡啶，再通氬氣10 分鐘，將混合溶液密封，在3(TC水浴下磁力攪拌18小時。反應(yīng)完成后以l : 5的比例用四 氫呋喃稀釋反應(yīng)混合液，在4000轉(zhuǎn)/分鐘的速度下離心分離4分鐘離心分離所得混合液， 去除含銅沉淀，將剩余混合液滴入200mL乙醚中，得到深褐色沉淀。將沉淀溶解在乙醇中， 在2000轉(zhuǎn)/分鐘的速度下離心分離4分鐘離心分離剩余的沉淀，重復(fù)溶解_沉淀_離心過 程三次，真空干燥，得到水溶性磁納米粒子。
(四)生物功能化的磁納米粒子的合成 將2g含氨基的三甲氧基硅(CH30)3SiCH2CH2NH2)溶解在50mL乙醚中，加入30mg上 述制得的磁納米粒子，在通氬氣的情況下常溫磁力攪拌24小時，在4000轉(zhuǎn)/分鐘的速度下 離心分離4分鐘離心分離所得磁納米粒子，用乙醚洗滌三次，真空干燥，得到最終的生物功 能化的水溶性磁納米粒子。
權(quán)利要求
一種粒徑均一可功能化的超順磁納米粒子，其特征在于該納米粒子具有一個超順磁納米粒子核，并在此磁納米粒子核上分別連接若干水溶性高分子鏈段以及含可修飾氨基端基的有機(jī)鏈段；所述的磁納米粒子核為MFe2O4超順磁納米粒子，其中，金屬M(fèi)是Fe、Co、Mn中的一種，即，磁納米粒子是Fe3O4、CoFe2O4或MnFe2O4中的一種，磁納米粒子的粒徑在4-12nm之間，粒徑分布不大于20％。
2. 如權(quán)利要求1所述的粒徑均一可功能化的超順磁納米粒子，其特征在于水溶性高分子鏈段為聚(乙二醇)甲基丙烯酸酯高分子鏈，具體結(jié)構(gòu)為<formula>formula see original document page 2</formula>m是聚合度，m為5-100，n為聚乙二醇單體的鏈節(jié)長度，n為6-7，高分子鏈通過端基上的-coo—基團(tuán)與磁納米粒子核相連接。
3. 如權(quán)利要求1所述的粒徑均一可功能化的超順磁納米粒子，其特征在于含可修飾氨<formula>formula see original document page 2</formula>基端基的有機(jī)鏈段，其結(jié)構(gòu)為一0》Si-CH2-CH2-NH2通過Si-0-鍵與磁納米粒子核連接。
4. 一種如權(quán)利要求1所述的粒徑均一可功能化的超順磁納米粒子的制備方法，其特征在于具體步驟如下a. 磁納米粒子的合成在二芐醚溶劑中乙酰丙酮鐵在1，2-十六二醇、油酸、油胺的共同作用下，高溫分解成單分散的磁納米粒子，具體步驟為將乙酰丙酮鐵(III)、1，2_十六二醇、油酸、油胺溶于二芐醚中，在不斷通入氮氣的條件磁力攪拌，在氮氣保護(hù)下將混合溶液加熱到20(TC持續(xù)2小時，然后升溫到30(TC下再加熱一小時，移開熱源冷卻到室溫，加入乙醇，有黑色沉淀生成，用離心分離法分離出黑色沉淀，并將其分散在含油酸和油胺的正己烷溶液中，離心分離出的黑色沉淀即為磁納米粒子，將磁納米粒子減壓干燥，在o-4t:下保存；b. 磁納米粒子上引發(fā)劑的引入3-氯丙酸引發(fā)劑通過置換作用弓I入磁納米粒子的表面，具體步驟為將油酸穩(wěn)定的磁納米粒子分散在3-氯丙酸的正己烷溶液中，在氬氣保護(hù)下常溫磁力攪拌24小時，離心分離得到引入引發(fā)劑的磁納米粒子，用正己烷洗滌三次減壓干燥，在o-4t:下保存；c. 水溶性磁納米粒子的合成以連接在磁納米粒子上的3-氯丙酸為引發(fā)劑，通過ATRP反應(yīng)與聚(乙二醇)甲基丙烯酸酯聚合物包裹的水溶性磁納米粒子，具體步驟為引入引發(fā)劑的磁納米粒子直接溶解在聚(乙二醇)甲基丙烯酸酯單體中，通氬氣15分鐘，加入CuCl和聯(lián)吡啶，再通氬氣10分鐘，將混合溶液密封，在3(TC水浴下磁力攪拌18小時，反應(yīng)完成后用四氫呋喃稀釋反應(yīng)混合液，離心分離所得混合液，去除含銅沉淀，將剩余混合液滴入乙醚中，得到深褐色沉淀，將沉淀溶解在乙醇中，離心分離剩余的沉淀，重復(fù)溶解_沉淀_離心過程三次，真空干燥，得到水溶性磁納米粒子；d. 生物功能化的磁納米粒子的合成通過置換作用，將含氨基的三甲氧基硅置換在水溶性磁納米粒子表面，具體步驟為將含氨基的三甲氧基硅(CH30)3SiCH2CH2NH2)溶解在乙醚中，加入上述制得的磁納米粒子，在通氬氣的情況下常溫磁力攪拌24小時，離心分離所得磁納米粒子，用乙醚洗滌三次，真空干燥，得到最終的生物功能化的水溶性磁納米粒子。
5.如權(quán)利要求4所述的粒徑均一可功能化的超順磁納米粒子的制備方法，其特征在于在磁納米粒子的合成中，將乙酰丙酮鐵(ni)、i，2-十六二醇、油酸、油胺溶于二芐醚時，如需合成含錳或鈷的磁納米粒子則還需加入乙酰丙酮錳(II)或乙酰丙酮鈷(11)。
全文摘要
一種粒徑均一可功能化的超順磁納米粒子具有一個超順磁納米粒子核，并在此磁納米粒子核上分別連接若干水溶性高分子鏈段以及含可修飾氨基端基的有機(jī)鏈段；所述的磁納米粒子核為MFe2O4超順磁納米粒子，其中，金屬M(fèi)是Fe、Co、Mn中的一種，即，磁納米粒子是Fe3O4、CoFe2O4或MnFe2O4中的一種，磁納米粒子的粒徑在4-12nm之間，粒徑分布不大于20％。合成的這種材料可以廣泛應(yīng)用于藥物靶向釋放、磁熱療、生物熒光檢測等。合成的磁納米粒子粒徑均一，使其適合生物應(yīng)用需求。同時，其表面修飾了末端保留氨基的有機(jī)硅化合物，氨基能廣泛的與生物功能性物質(zhì)結(jié)合，使得合成的磁納米粒子可以方便的進(jìn)行生物功能化。
文檔編號C04B35/622GK101707109SQ20091003549
公開日2010年5月12日 申請日期2009年9月25日 優(yōu)先權(quán)日2009年9月25日
發(fā)明者李波, 范曲立, 黃維 申請人:南京郵電大學(xué)