專(zhuān)利名稱(chēng)：一種氨基功能化水溶性氧化釓三角形納米片及其制備方法和應(yīng)用的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及材料領(lǐng)域，具體為氨基功能化水溶性氧化釓三角形形貌的納米材料及其其大規(guī)模的制備方法和應(yīng)用。
背景技術(shù)：
核磁共振成像技術(shù)(MRI)是目前少有的對(duì)人體沒(méi)有任何傷害的安全、快速、準(zhǔn)確的臨床診斷方法，因?yàn)樗臒o(wú)創(chuàng)性和多層面的斷層功能，但核磁共振成像的主要弱點(diǎn)是靈敏度低。所以在臨床MRI中，30%以上的診斷須用核磁共振成像造影劑，來(lái)縮短成像時(shí)間、 提高成像對(duì)比度和清晰度，由于磁性納米粒子有較好的磁學(xué)性能而廣泛地運(yùn)用到生物體系，如磁共振成像系統(tǒng)中用作造影劑，生物分離和磁熱療。生化及醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域?qū)Υ判约{米粒子的物理、化學(xué)及藥理性質(zhì)如化學(xué)組成、粒度大小、磁功能、晶體結(jié)構(gòu)、吸附性、表面形貌、溶解性及毒性都有嚴(yán)格的要求。因此要實(shí)現(xiàn)磁性納米粒子在這些生化及醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域的應(yīng)用， 必須滿足一下幾個(gè)條件一、但分散性，二、具有較好的磁學(xué)性能，三、具有水溶性和活性官能團(tuán)。但是目前的制備單分散的納米粒子多是油溶性的，因此要實(shí)現(xiàn)這些要求，必須進(jìn)一步進(jìn)行表面改性。目前進(jìn)行表面修飾的主要手段有二氧化硅包覆、有機(jī)聚合物包覆和配體交換等方法。二氧化硅包覆雖然具有較好的分散性，但工藝比較復(fù)雜；有機(jī)聚合物包覆，容易團(tuán)聚，而且不是很穩(wěn)定；配體交換的方法可以很好的解決以上兩種方法的缺陷，但是配體交換的效率一直是一個(gè)難以解決的問(wèn)題。因此以上的方法都不太適合擴(kuò)大生產(chǎn)。
目前較為傳統(tǒng)的氧化釓納米粒子制備多為高溫煅燒法，溶劑熱法(包括以乙二醇為溶劑的體系，以油酸，油胺和高沸點(diǎn)的三辛胺為溶劑)，傳統(tǒng)的方法制備出來(lái)的納米材料粒多為油溶性，需要進(jìn)一步通過(guò)配體交換、聚合物包覆或者包覆二氧化硅，解決功能化和水溶性問(wèn)題，才能用于生物領(lǐng)域，不適合大規(guī)模的合成，嚴(yán)重阻礙了其在生物醫(yī)藥方面的應(yīng)用。
在這里我們發(fā)明了一種簡(jiǎn)單的方法，不但可以實(shí)現(xiàn)具有較好的磁學(xué)性能、單分散性、水溶性和活性官能團(tuán)的問(wèn)題，而且合成方法比較簡(jiǎn)單，可以很方便的擴(kuò)大生產(chǎn)。發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明旨在提供一種氨基功能化水溶性三角形氧化釓納米片。
本發(fā)明還提供了上述納米片的制備方法和應(yīng)用。
本發(fā)明的氨基功能化的三角形氧化釓磁性納米片，是以油胺和1，2_十六烷二醇為新的溶劑體系，6-(1，3-二氧代異吲哚啉-2-基)己酸合釓為前驅(qū)體，通過(guò)高溫?zé)峤獾玫降腉d2O3磁性納米片，此時(shí)6- (1，3- 二氧代異吲哚啉-2-基)己酸不僅是前驅(qū)體，還是Gd2O3 納米粒子表面的配體，6-(1, 3- 二氧代異吲哚啉-2-基)己酸上的羧基與Gd配位，該納米粒片為油溶性的，表面與6-(1，3-二氧代異吲哚啉-2-基)己酸上的羧基配位，使親油的1， 3-二氧代異吲哚啉部分向外；然后為了使該材料在生物領(lǐng)域中應(yīng)用，通過(guò)氨基的脫保護(hù)反應(yīng)，將6- (1，3- 二氧代異吲哚啉-2-基)己酸有機(jī)配體上的鄰苯二甲酸脫去，將油溶性的納米片轉(zhuǎn)變?yōu)榈玫綖閱畏稚⒌?、表面具有氨基活性官能團(tuán)的水溶性Gd2O3納米片，是具有六方晶系的三角形單晶結(jié)構(gòu)納米片，可以很好的分散于水中，并且具有很好的生物相容性。
氨基功能化水溶性氧化釓三角形納米片的制備方法包括以下步驟
(1)將6-(1，3-二氧代異吲哚啉-2-基)己酸合釓在油胺和1，2_十六烷二醇的混合液中，在無(wú)水無(wú)氧的條件下，300 310°C高溫?zé)峤猓玫奖砻媾潴w是6-(1，3-二氧代異吲哚啉-2-基)己酸的油溶性氧化釓納米片；釓元素與1，2_十六烷二醇的摩爾比為1 2 1:3;
(2)通過(guò)氨基的脫保護(hù)反應(yīng)，脫去6-(1，3-二氧代異吲哚啉-2-基)己酸上的鄰苯二甲酸酐，得到氨基功能化水溶性氧化釓三角形納米片。
步驟(1)中的反應(yīng)在氮?dú)饣蚨栊詺怏w保護(hù)下進(jìn)行，以6 12°C /min的速率先加熱到1；35 145°C，穩(wěn)定30 90min，再以3 6°C /min速率將溫度升高到300 310°C進(jìn)行高溫?zé)峤狻?br> 所述的6-(1，3-二氧代異吲哚啉-2-基)己酸合釓?fù)ㄟ^(guò)以下方法制備6-(1,3-二氧代異吲哚啉-2-基)己酸與釓鹽在三乙胺催化下反應(yīng)3 5小時(shí)，洗滌干燥，得到6-(1， 3-二氧代異吲哚啉-2-基)己酸合釓；釓元素與6-(1，3-二氧代異吲哚啉-2-基)己酸的摩爾比為1 1。
6-(1，3-二氧代異吲哚啉-2-基)己酸通過(guò)以下方法制備六氨基己酸與鄰苯二甲酸酐按1 1的摩爾比，在165 175°C反應(yīng)3 5小時(shí)。
該納米片具有六方晶系的三角形單晶結(jié)構(gòu)，以6-氨基己酸為配體，可以很好的分散于水中，并且具有很好的生物相容性，可用作核磁共振的造影劑材料。由于納米片表面有較大的氨基密度，可以利用氨基連接上熒光分子(如羅丹明)、腫瘤靶向分子(如葉酸)。因此得到了據(jù)有熒光性質(zhì)的磁光雙功能的核磁共振成像的造影劑，使其在生物醫(yī)藥方面有潛在的應(yīng)用價(jià)值。
本發(fā)明首先采用高溫?zé)峤獾姆椒ê铣捎腿苄缘难趸彺判约{米片，然后用脫氨基保護(hù)的方法，制備出單分散的、氨基功能化的、水溶性的氧化釓納米片，這是第一次得到六方晶系三角形的氧化釓單晶結(jié)構(gòu)納米片。
通過(guò)控制1，2-十六烷二醇加入量，可獲得單分散的氧化釓納米粒子和自組裝的串聯(lián)疊加的氧化釓納米粒子。釓與1，2_十六烷二醇溶劑的摩爾比為1 2時(shí)，可以得到在平面均以分散的三角形氧化釓納米粒子，當(dāng)提高1，2_十六烷二醇溶劑量，使釓與1， 2-十六烷二醇溶劑的摩爾比為1 3時(shí)可以得到自組裝形式的連串疊加的氧化釓納米粒子。
本發(fā)明可以簡(jiǎn)單的實(shí)現(xiàn)氨基功能化的水溶性氧化釓的大規(guī)模制備。這種制備方法對(duì)設(shè)備的要求很低，所需原料價(jià)格低廉，副產(chǎn)物無(wú)公害。


圖1是本發(fā)明中的有機(jī)配體6-(1，3-二氧代異吲哚啉-2-基)己酸的結(jié)構(gòu)示意圖
圖2是本發(fā)明中大規(guī)模合成氨基功能化的水溶性氧化釓納米片的合成路線圖
圖3是實(shí)施例3合成的表面有機(jī)配體是6_(1，3- 二氧代異吲哚啉_2_基)己酸、釓與1，2-十六烷二醇摩爾比=1 2.下高溫?zé)峤?，合成的氧化釓的TEM圖，在氯仿中具有較好的單分散性。
圖4是實(shí)施例6合成的表面有機(jī)配體是6-氨基己酸，釓與1，2-十六烷二醇摩爾比=1 3.下高溫?zé)峤夂铣傻难趸彽腡EM圖，在水溶液中具有較好的單分散性。
圖5是本發(fā)明中合成的氧化釓納米片在氨基脫保護(hù)前后的XRD圖，從圖上可以清楚的看到脫保護(hù)前后晶形沒(méi)有發(fā)生明顯的變化。
圖6是本發(fā)明中合成的氨基功能化水溶性氧化釓納米片核磁共振成像的(a)灰度圖和偽彩圖，(b)r1;r2值。
圖7是本發(fā)明中得到的氧化釓在脫保護(hù)前后在溶劑中的分散情況。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)、完整地說(shuō)明
實(shí)施例1
稱(chēng)取IOOmmol (13. Ig)的六氨基己酸和IOOmmol (14. 8g)的鄰苯二甲酸酐于IOOml 單頸燒瓶?jī)?nèi)，加空氣冷凝管在170°C加熱4小時(shí)，冷卻至室溫，用二氯甲烷稀釋?zhuān)?0g的無(wú)水硫酸鎂干燥一夜，抽濾除去無(wú)水硫酸鎂，將得到的清液旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)，得白色固體粉末6-(1， 3-二氧代異吲哚啉-2-基)己酸，其結(jié)構(gòu)如圖1所示。
實(shí)施例2
稱(chēng)取Gd(NO3)3. 6Η20(1· !35g，2. 5mmol)和 6_(1，3_ 二氧代異吲哚啉 _2_ 基)己酸 (1.95g，7. 5mmol)放入IOOml圓底燒瓶中，然后加入20ml 二氯甲烷中，在室溫的條件下，磁力攪拌，在攪拌條件下加入3ml三乙胺，攪拌4小時(shí)。每次IOml水，洗滌三次，將濾液蒸干， 放入真空干燥箱干燥12小時(shí)。得到白色油狀物，即為6-(1，3-二氧代異吲哚啉-2-基)己酸合釓前驅(qū)體。
實(shí)施例3
將實(shí)施例2得到的6_(1，3- 二氧代異吲哚啉-2-基)己酸合釓前驅(qū)體(2. 5mmol) 溶解于含有 1. ^g 1，2_ 十六燒二醇(5mmol，分子量 258. 44，1，2-Hexadecanediol)的 20ml 油胺中，倒入IOOml的三頸燒瓶中，加熱完全溶解后，插入冷凝管，燒瓶?jī)蓽y(cè)的一個(gè)瓶口，插入水銀溫度計(jì)測(cè)量溫度，另一個(gè)瓶口連接一個(gè)氮?dú)鈿馇颍蚱恐袥_入具有惰性的高純氮?dú)猓?同時(shí)對(duì)燒瓶抽真空形成回流系統(tǒng)。
反應(yīng)裝置完成后，在磁力攪拌的條件下，首先以梯度加熱的方式將溫度以10°C / min逐級(jí)地加熱到140°C，用N2排去反應(yīng)液中的水分，加熱lh，然后以5°C /min的速率升溫至304°C，反應(yīng)75min使得6- (1，3- 二氧代異吲哚啉_2_基)己酸合釓在這個(gè)溫度下分解； 停止反應(yīng)，冷卻至室溫，離心分離，用無(wú)水乙醇洗滌5次，得到白色固體，真空干燥。該白色物質(zhì)即是表面為6- (1，3- 二氧代異吲哚啉-2-基)己酸配位的油溶性的Gd2O3納米片，在氯仿中有較好的單分散性。TEM圖如圖3所示。
油溶性的Gd2O3納米核制備時(shí)，由于該實(shí)驗(yàn)是在無(wú)水無(wú)氧的條件下進(jìn)行的，所以加熱條件下用氮?dú)馀潘倪@一步很重要，溫度加熱到140°C，使水以蒸汽的狀態(tài)更好被排除干凈，并且在此溫度范圍內(nèi)反應(yīng)前驅(qū)體不會(huì)分解。提高溫度到304°C，開(kāi)始重新組裝、成核、結(jié)晶，形成油溶性的三角形Gd2O3磁性納米片，平均邊長(zhǎng)在50 70nm的范圍內(nèi)。
實(shí)施例4
稱(chēng)取實(shí)施例3所制備6- (1，3- 二氧代異吲哚啉-2-基)己酸配位的油溶性的Gd2O3 納米粒子0. 5g分散于20ml 二氯甲烷、IOml乙醇和15 ml水中，攪拌條件下加入20ml水合胼，攪拌6h，白色Gd2O3納米粒子全部有下層的有機(jī)相轉(zhuǎn)移到了上層得水相。離心分離，乙醇洗滌幾次。即可得到氨基功能化的水溶性三角形Gd2O3納米片，其邊長(zhǎng)在50 70nm。分散于水中備用。實(shí)施例3和4的反應(yīng)合成路線如圖2所示。
實(shí)施例3中6_(1，3- 二氧代異吲哚啉-2-基)己酸配位的油溶性Gd2O3納米片和實(shí)施例4中氨基脫保護(hù)后的6-氨基己酸配位的水溶性Gd2O3納米片的XRD圖如圖5所示， 從圖上可以清楚的看到脫保護(hù)前后晶形沒(méi)有發(fā)生明顯的變化。
實(shí)施例3和實(shí)施例4納米片的溶解性如圖7所示，左側(cè)和右側(cè)分別為為實(shí)施例3 和4的油溶性和水溶性Gd2O3納米片。實(shí)施例3的油溶性納米片在二氯甲烷中有良好的分散性而不溶于水；實(shí)施例4的水溶性納米片在水中分散性良好，而不溶解于有機(jī)相。
不同濃度下Gd納米片核磁共振成像的灰度圖如圖6 (a),rl和r2如圖6 (b)所示。
實(shí)施例5
將實(shí)施例2得到的6-(1，3- 二氧代異吲哚啉-2-基)己酸合釓前驅(qū)體，溶解于含有1，2_十六烷二醇(1.94g，0. 75mmol)的20ml油胺中，倒入IOOml的三頸燒瓶中，在磁力攪拌的條件下，首先加熱到140°C，用N2排去反應(yīng)液中的水分，加熱lh，然后以5°C /min對(duì)速率升溫至304°C，反應(yīng)75min，停止反應(yīng)，冷卻至室溫，離心分離，用無(wú)水乙醇洗滌5次，得到白色固體，真空干燥。該白色物質(zhì)即是表面為6-(1，3- 二氧代異吲哚啉-2-基)己酸配位的油溶性的Gd2O3納米片。
實(shí)施例6
稱(chēng)取實(shí)施例5所制備6- (1，3- 二氧代異吲哚啉-2-基)己酸配位的油溶性的Gd2O3 納米粒子0. 5g分散于20ml 二氯甲烷、IOml乙醇和15ml水中，攪拌條件下加入20ml水合胼，攪拌6h，白色Gd2O3納米粒子全部有下層的有機(jī)相轉(zhuǎn)移到了上層得水相。離心分離，乙醇洗滌幾次。即可得到氨基功能化的水溶性三角形Gd2O3磁性納米片，分散于水中，備用。
TEM圖如圖4所示，邊長(zhǎng)50 70nm，自組裝串聯(lián)疊加的在水中有較好的分散性。
實(shí)施例5和6的油溶性和水溶性納米片在水相和有機(jī)相中的分散性同實(shí)施例3和 4。脫保護(hù)后的晶形與實(shí)施例5相比沒(méi)有發(fā)生明顯的變化。
權(quán)利要求
1.一種氨基功能化水溶性氧化釓三角形納米片的制備方法，其特征在于，包括以下步驟(1)將6-(1，3-二氧代異吲哚啉-2-基)己酸合釓在油胺和1，2-十六烷二醇的混合液中，在無(wú)水無(wú)氧的條件下，300 310°C高溫?zé)峤?，得到表面配體是6-(1，3-二氧代異吲哚啉-2-基)己酸的油溶性氧化釓納米片；釓元素與1，2_十六烷二醇的摩爾比為1 2 1:3;(2)通過(guò)氨基的脫保護(hù)反應(yīng)，脫去6-(1，3-二氧代異吲哚啉-2-基)己酸上的鄰苯二甲酸酐，得到氨基功能化水溶性氧化釓三角形納米片。
2.權(quán)利要求1所述氨基功能化水溶性氧化釓三角形納米片的制備方法，其特征在于， 所述的6- (1，3- 二氧代異吲哚啉-2-基)己酸合釓?fù)ㄟ^(guò)以下方法制備6-(1,3- 二氧代異吲哚啉-2-基)己酸與釓鹽在三乙胺催化下反應(yīng)3 5小時(shí)，洗滌干燥，得到6- (1，3- 二氧代異吲哚啉-2-基)己酸合釓。
3.權(quán)利要求2所述氨基功能化水溶性的氧化釓三角形納米片的制備方法，其特征在于，釓元素與6-(1，3-二氧代異吲哚啉-2-基)己酸的摩爾比為1 1。
4.權(quán)利要求2所述氨基功能化水溶性氧化釓三角形納米片的制備方法，其特征在于， 所述6-(1，3-二氧代異吲哚啉-2-基)己酸通過(guò)以下方法制備六氨基己酸與鄰苯二甲酸酐按1 1的摩爾比，在165 175°C反應(yīng)3 5小時(shí)。
5.權(quán)利要求1所述氨基功能化水溶性氧化釓三角形納米片的制備方法，其特征在于， 步驟(1)中的反應(yīng)在氮?dú)饣蚨栊詺怏w保護(hù)下進(jìn)行，以6 12°C/min先加熱到135 145°C， 穩(wěn)定30 90min，再以3 6°C /min速率將溫度升高到300 310°C進(jìn)行高溫?zé)峤狻?br> 6.權(quán)利要求1所述氨基功能化水溶性氧化釓三角形納米片的制備方法，其特征在于， 步驟( 氨基的脫保護(hù)反應(yīng)中，將表面配體是6-(1，3-二氧代異吲哚啉-2-基)己酸的油溶性氧化釓納米片分散在溶劑中，加入脫氨基保護(hù)試劑，反應(yīng)4 10小時(shí)，得到表面有機(jī)配體為η-氨基烷基酸的氨基功能化的水溶性四氧化三鐵納米粒子；所述的溶劑為氯仿、乙醇、二氯甲烷中的一種或兩種按任意比組成的混合物與水組成的混合液，其中水的體積比為1/4 1/3。
7.權(quán)利要求6所述氨基功能化水溶性氧化釓三角形納米片的制備方法，其特征在于， 所述脫氨基保護(hù)試劑為水合胼。
8.一種氨基功能化水溶性氧化釓三角形納米片，其特征在于，通過(guò)權(quán)利要求1 5任一項(xiàng)所述的方法制備，平均邊長(zhǎng)為50 70nm。
9.權(quán)利要求8所述氨基功能化水溶性氧化釓三角形納米片在制備核磁共振造影劑方面的應(yīng)用。
全文摘要
本發(fā)明涉及材料領(lǐng)域，具體為具有磁性的磁性氨基功能化水溶性氧化釓三角形納米片，是以油胺和1，2-十六烷二醇為新的溶劑體系，6-(1，3-二氧代異吲哚啉-2-基)己酸合釓為前驅(qū)體，通過(guò)高溫?zé)峤獾玫降挠腿苄訥d2O3磁性納米片；然后通過(guò)氨基的脫保護(hù)反應(yīng)，將6-(1，3-二氧代異吲哚啉-2-基)己酸有機(jī)配體上的鄰苯二甲酸脫去，將油溶性的納米片轉(zhuǎn)變?yōu)榈玫綖閱畏稚⒌摹⒈砻婢哂邪被钚怨倌軋F(tuán)的水溶性Gd2O3納米片，具有六方晶系的三角形單晶結(jié)構(gòu)，可以很好的分散于水中，并且具有很好的生物相容性，可用作核磁共振造影劑。本發(fā)明可以簡(jiǎn)單的實(shí)現(xiàn)氨基功能化的水溶性氧化釓的大規(guī)模制備，對(duì)設(shè)備的要求很低，所需原料價(jià)格低廉，副產(chǎn)物無(wú)公害。
文檔編號(hào)C01F17/00GK102491400SQ20111035877
公開(kāi)日2012年6月13日 申請(qǐng)日期2011年11月14日 優(yōu)先權(quán)日2011年11月14日
發(fā)明者代安濤, 安璐, 張崇琨, 楊仕平, 胡鶴, 黃國(guó)勝 申請(qǐng)人:上海師范大學(xué)