一种糖响应的磁性杂化纳米粒子的制备方法
【技术领域】
[0001]本发明属于智能材料和纳米材料领域，具体涉及一种糖响应的磁性杂化纳米粒子的制备方法。
【背景技术】
[0002]四氧化三铁纳米粒子由于具有无毒、稳定、超顺磁等特征而受到广泛关注。它们可以通过表面修饰与改性，被赋予表面多种反应性功能团，如羟基、羧基、氨基、醛基等，从而改善纳米粒子的分散性或相容性，通过吸附或共价键合的方式与酶、细胞、药物等活性物质结合。此外，由于四氧化三铁纳米粒子的超顺磁性，可以在外加磁场的作用下进行导向或分离。因而在生物技术、催化、分离与医学领域，如免疫分析、固定化酶、DNA固定、靶向给药、细胞/蛋白分离、肿瘤热疗、磁共振造影等。如在其表面接枝功能性聚合物，并用于药物载体时，可以方便地控制给药部位、是药物集中在靶向部位，提高药物利用度和降低药物对正常组织的损伤和破坏。并可在载体完成药物释放后，通过外加磁场分离，快速排出体外。
[0003]智能有机材料近年来得到广泛关注，这些材料能对外界刺激，如温度、pH值、光、糖、离子强度、二氧化碳、超声等变化作出响应，在纳米科技、生物医学、智能材料领域都有广泛的应用。其中，糖响应型聚合物是近来发展起来并得到重视的智能化材料，它们可以与糖分子(如葡萄糖)结合，实现聚合物链段从疏水到亲水的转化，有利于将负载的胰岛素分子进行控制释放，有效治疗糖尿病等(Yuan Yao, Liyuan Zhao, Junjiao Yang and JingYang, B1macromolecules 2012, 13，1837-1844)。因此，将含有糖响应性聚合物的共聚物材料通过原位聚合方法引入到四氧化三铁磁性纳米粒子表面，可以制备糖响应的磁性杂化纳米粒子。在本发明中，我们通过原位聚合和点击化学方法，制备糖响应性的两亲性磁性杂化纳米粒子。它们将能够在水溶液中稳定分散，可以对负载的胰岛素控制释放。
【发明内容】
[0004]本发明的目的在于提供一种糖响应的磁性杂化纳米粒子的制备方法。
[0005]本发明的目的是将四氧化三铁纳米粒子与3-氨基丙基三甲氧基硅烷反应，得到表面氨基功能化的四氧化三铁纳米粒子；再以氨基功能化四氧化三铁纳米粒子与2-溴异丁酰溴反应，得到溴基功能化的四氧化三铁纳米粒子。以溴基功能化的四氧化三铁纳米粒子为引发剂引发单体(2-苯硼酸酯-1，3- 二氧六环-5-乙基)丙烯酸酯(PBDEMA)的原子转移自由基聚合，得到表面接枝有聚(2-苯硼酸酯-1，3- 二氧六环-5-乙基)丙烯酸酯(PPBDEMA)的四氧化三铁纳米杂化粒子。将四氧化三铁纳米杂化粒子与叠氮化钠反应，获得叠氮功能化的四氧化三铁纳米杂化粒子。再进一步与炔基封端的聚乙二醇单甲醚进行点击反应，获得表面接枝PPBDEMA与聚乙二醇单甲醚(mPEG)嵌段共聚物的磁性杂化纳米粒子。
[0006]本发明提出的糖响应的磁性杂化纳米粒子及其制备方法，具体步骤如下:
(I)将四氧化三铁纳米粒子分散于溶剂A中，加入四氧化三铁纳米粒子质量0.5-3倍的偶联剂3-氨基丙基三甲氧基硅烷，在40~80°C时反应12~48小时，离心、洗涤、干燥，获得表面氨基功能化的四氧化三铁纳米粒子；
(2)将步骤(I)得到的表面氨基功能化的四氧化三铁纳米粒子分散在溶剂B中，加入氨基功能化的四氧化三铁纳米粒子质量1~4倍的缚酸剂C，在0~5°C下滴入氨基功能化的四氧化三铁纳米粒子质量1~4倍的2-溴异丁酰溴，然后在10~30°C并氩气保护下反应24~48小时，获得表面溴基功能化的四氧化三铁纳米粒子；
(3)以步骤(2)得到的溴基功能化的四氧化三铁纳米粒子为引发剂，加入溶剂D和催化剂体系E，在70~120°C时引发溴基功能化的四氧化三铁纳米粒子质量5~20倍的(2-苯硼酸酯-1，3-二氧六环-5-乙基)丙烯酸酯(PBDEMA)的原子转移自由基聚合(ATRP)反应30~60小时，进一步通过沉淀剂F进行沉淀，获得表面接枝聚(2-苯硼酸酯-1，3- 二氧六环-5-乙基)丙烯酸酯的四氧化三铁纳米粒子；
(4)将步骤(3)得到的表面接枝聚(2-苯硼酸酯-1，3-二氧六环-5-乙基)丙烯酸酯的四氧化三铁纳米粒子分散于溶剂G中，加入表面接枝聚(2-苯硼酸酯-1，3- 二氧六环-5-乙基)丙烯酸酯的四氧化三铁纳米粒子质量10~50倍的叠氮化钠，在10~30°C时反应24~72小时，进一步过滤、离心、洗涤、干燥，获得叠氮功能化的四氧化三铁杂化纳米粒子；
(5)将步骤(4)获得的叠氮功能化四氧化三铁杂化纳米粒子分散于溶剂H中，并加入叠氮功能化四氧化三铁杂化纳米粒子质量1~5倍的炔基化聚乙二醇单甲醚，在50~80°C时反应24~72小时，进一步通过透析、冷冻干燥，获得糖响应的磁性杂化纳米粒子。
[0007]本发明中，所述溶剂A为甲苯、N，N- 二甲基甲酰胺或N，N- 二乙基甲酰胺中的一种或几种。
[0008]本发明中，所述溶剂B为二氯甲烷、氯仿、四氢呋喃或甲苯中的一种或几种。
[0009]本发明中，所述缚酸剂C为二乙胺、三乙胺、吡啶或乙酸钠中的一种或几种。
[0010]本发明中，所述溶剂D为四氢呋喃、苯甲醚、N，N-二甲基甲酰胺或N，N-二乙基甲酰胺中的一种或几种。
[0011]本发明中，所述催化剂体系E为氯化亚铜/联吡啶、溴化亚铜/联吡啶、氯化亚铜/五甲基二乙烯三胺、溴化亚铜/五甲基二乙烯三胺、氯化亚铜/六甲基三亚乙基四胺或溴化亚铜/六甲基三亚乙基四胺中的一种或几种。
[0012]本发明中，所述沉淀剂F为正己烷、环己烷、石油醚或乙醚的一种或几种。
[0013]本发明中，所述溶剂G为N，N- 二甲基甲酰胺或N，N- 二乙基甲酰胺中的一种或两种。
[0014]本发明中，所述溶剂H为甲苯、苯甲醚、N，N- 二甲基甲酰胺或N，N- 二乙基甲酰胺中的一种或几种
本发明的有益效果在于:原料来源广泛，所用的单体、四氧化三铁纳米粒子、聚乙二醇单甲醚、溶剂、催化剂、沉淀剂等均可工业化生产，合成方法简单易行。制备的表面接枝PPBDEMA与聚乙二醇单甲醚嵌段共聚物的四氧化三铁纳米粒子具有超顺磁性、糖响应性和两亲性。该杂化纳米粒子在纳米药物载体、磁分离体系、生物智能开关、生物传感器等领域具有广泛的应用。
【附图说明】
[0015]图1为实施例1制备的表面接枝PPBDEMA与聚乙二醇单甲醚嵌段共聚物的四氧化三铁纳米粒子的结构与糖响应示意图。
【具体实施方式】
[0016]以下实施例是对本发明的进一步说明，而不是限制本发明的范围。
[0017]实施例1
(I)将0.5克四氧化三铁纳米粒子分散于甲苯(100毫升)中，加入0.25克3-氨基丙基三甲氧基硅烷，在40°C时反应48小时，离心、洗涤、干燥，获得表面氨基功能化的四氧化三铁纳米粒子。
[0018](2)将步骤(I)得到的表面氨基功能化的四氧化三铁纳米粒子(0.4克)分散在20毫升二氯甲烷中，加入0.4克三乙胺，在O °C下滴入0.4克2-溴异丁酰溴，然后在10°C并氩气保护下反应48小时，获得表面溴基功能化的四氧化三铁纳米粒子。
[0019](3)将步骤(2)得到的溴基功能化四氧化三铁纳米粒子(0.3克)为引发剂，苯甲醚为溶剂，氯化亚铜/联吡啶为催化剂体系，在70°C时引发1.5克(2-苯硼酸酯-1，3- 二氧六环-5-乙基)丙烯酸酯(PBDEMA)的原子转移自由基聚合(ATRP)反应30小时，进一步通过正己烷进行沉淀，获得表面接枝聚(2-苯硼酸酯-1，3- 二氧六环-5-乙基)丙烯酸酯的四氧化三铁纳米粒子
(4)将步骤(3)得到的表面接枝聚(2-苯硼酸酯-1，3-二氧六环-5-乙基)丙烯酸酯的四氧化三铁纳米粒子(0.7克)分散于N，N- 二甲基甲酰胺中，加入7克叠氮化钠，在10°C时反应72小时，进一步过滤、离心、洗涤、干燥，获得叠氮功能化的四氧化三铁杂化纳米粒子。
[0020](5)将步骤(4)获得的叠氮功能化四氧化三铁杂化纳米粒子(0.5克)分散于甲苯中，并加入0.5克炔基化聚乙二醇单甲醚，在50 0C时反应72小时，进一步通过透析、冷冻干燥，获得糖响应的磁性杂化纳米粒子。
[0021 ] 表面接枝PPBDEMA与聚乙二醇单甲醚嵌段共聚物的四氧化三铁纳米粒子的结构与糖响应示意图如图1所示。
[0022]实施例2
(I)将0.5克四氧化三铁纳米粒子分散于N，N- 二甲基甲酰胺(70毫升)中，加入0.5克3-氨基丙基三甲氧基硅烷，在60°C时反应30小时，离心、洗涤、干燥，获得表面氨基功能化的四氧化三铁纳米粒子。
[0023](2)将步骤(I)得到的表面氨基功能化的四氧化三铁纳米粒子(0.4克)分散在20毫升氯仿中，加入0.8克二乙胺，在5 °C下滴入0.8克2-溴异丁酰溴，然后在15 °C并氩气保护下反应40小时，获得表面溴基功能化的四氧化三铁纳米粒子。
[0024](3)将步骤(2)得到的溴基功能化四氧化三铁纳米粒子(0.3克)为引发剂，N,N-二甲基甲酰胺为溶剂，溴化亚铜/联吡啶为催化剂体系，在90 °C时引发2克(2-苯硼酸酯-1，3- 二氧六环-5-乙基)丙烯酸酯(PBDEMA)的原子转移自由基聚合(ATRP)反应40小时，进一步通过环己烷进行沉淀，获得表面接枝聚(2-苯硼酸酯-1，3- 二氧六环-5-乙基)丙烯酸酯的四氧化三铁纳米粒子
(4)将步骤(3)得到的表面接枝聚(2-苯硼酸酯-1，3-二氧六环-5-乙基)丙烯酸酯的四氧化三铁纳米粒子(0.7克)分散于N，N- 二乙基甲酰胺中，加入14克叠氮化钠，在20°C时反应60小时，进一步过滤、离心、洗涤、干燥，获得叠氮功能化的四氧化三铁杂化纳米粒子。
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