一种在纳米粒子表面修饰功能分子的方法
【技术领域】
[0001]本发明属于纳米材料技术领域，具体涉及一种在纳粒子表面修饰功能分子的方法。
【背景技术】
[0002]纳米粒子材料是众多纳米材料中最为常见的，纳米粒子也叫超微粒子，一般是指尺寸在l~100nm之间的粒子，区别于宏观的物体结构，其表面积占有很大的比重，以及具有特有的纳米效应，使得材料在电子学，光学，化工，陶瓷，生物和医药等方面具有极大的应用，目前合成了有机聚合物纳米粒子，无机纳米粒子，有机/无机杂化纳米粒子等，其广泛的应用前景和开发潜力使其受到了人们高度关注。
[0003]而在纳米粒子上修饰具有功能性的分子，比如修饰革E向分子而使之成为一个能革巴向目标分子的药物释放载体，或者修饰标记分子而使之能够与目标分子作用从而起到检测作用，或者粒子表面修饰结合分子而起到分离作用，等等。以上这些都基于在纳米粒子表面修饰功能性分子并通过纳米粒子本身的优势而起到不同的效果和应用，可以进一步扩大纳米粒子的使用范围。但是目前我们广泛使用的在纳米粒子上修饰功能分子的方法就是先在纳米粒子表面修饰带有可与功能分子反应的化学官能团，再与相应能反应的功能分子进行化学键接，从而通过共价键的作用使功能分子键接上纳米粒子表面。但是此种通过共价键结合的方式是不可逆的，一旦键接上功能分子便只有相应的单种用处，只能受限于有限的用途。并且由于每种分子的反应能力不同，往往在接枝多种功能分子的时候比例无法调控。所以仅仅通过化学键合将功能分子修饰在纳米粒子上，对纳米粒子的个性化修饰是难以实现的。
[0004]综上所述，可以在功能分子修饰上纳米粒子的这个环节中让所有功能分子统一化，即以同一种形式接枝，则可以消除由于反应能力不同造成各种功能分子修饰的差异，也可以通过可逆结合的方式将功能分子修饰上去，可以使得修饰的步骤更加简易，甚至可以循环或者重新使用。因此，开发一种新型的、普适的、可逆的修饰方法，是拓展纳米粒子应用范围的有效途径。
【发明内容】
[0005]本发明针对技术背景中所提及的问题，提出一种普适的、可逆的在纳米粒子表面修饰功能分子的方法。
[0006]本发明提出的在纳米粒子表面修饰功能分子的方法，利用聚乙二醇(PEG)和α -环糊精(α -⑶)的包结络合作用(一种可逆的超分子相互作用)，将已经制备好的α -⑶修饰的功能分子固定在纳米粒子表面的PEG上，所使用的条件温和，修饰过程方便简洁，且可以任意调节不同功能分子的比例以达到不同的修饰效果。
[0007]本发明提出的在纳米粒子表面修饰功能分子的方法，具体步骤如下:
第一步，在纳米粒子的表面接枝上聚乙二醇(PEG)，制备得到PEG接枝的纳米粒子； 第二步，制备功能分子修饰的α -环糊精(a -CD);
第三步，将表面接枝了 PEG的纳米粒子和一种或多种功能分子修饰的a -CD，通过包结络合作用可逆的自组装，得到表面功能分子修饰的纳米粒子；
进一步，可以在已得到的表面功能分子修饰的纳米粒子基础上，加入另外一种功能分子修饰的a -CD，将其置换而得到另一种表面功能分子修饰的纳米粒子。
[0008]其中，第一步的具体步骤为:
将0.1-2份(重量份，下同)端基为羧基/羟基/氨基的聚乙二醇，0.05-1份二环己基碳二亚胺(DCC)分散在10-200份二甲基甲酰胺中，活化2-24h后再加入0.1-2份表面带有羧基/羟基/氨基的纳米粒子，并加入0.005-0.025份二甲基氨基吡啶(DMAP)作为催化剂；搅拌反应12-24 h后，用离心的方式将没有反应的PEG和小分子反应物去除，并用乙醇反复洗4-5次，之后用真空干燥的方法在40-60°C下干燥1-2天，既得到PEG接枝的纳米粒子。
[0009]第二步的具体操作步骤为:
(1)在0.1-5份磺酰氯保护的α-⑶中加入5-100份乙二胺，搅拌12-36 h后，用丙酮沉淀出产物，反复三次，得到氨基化的a -CD ;
(2)将0.1-2份功能分子放入水中，加入0.05-2.5份的1-(3- 二甲氨基丙基)_3_乙基碳二亚胺盐酸盐(EDC.HC1)和0.05-2.5份N-羟基琥珀酰亚胺(NHS)，在25_50°C下活化2-24h ;然后加入0.2-4份氨基化的α-⑶，在25-50°C搅拌反应12-24 h，用丙酮将产物析出，反复2-3次，最后得到功能分子修饰的a -CD。
[0010]第三步的具体操作步骤为:
将0.05-0.5份第一步得到的PEG接枝的纳米粒子分散在缓冲溶液当中，添加一定质量比的一种或者多种功能分子修饰的α -⑶，在0_10°C下充分混合4-8 h，最后用离心的方式将纳米粒子分离出来，并用去离子水洗涤2-4次，即得到表面修饰功能分子的纳米粒子。
[0011]在此基础上，还可以进一步将得到的表面修饰功能分子的纳米粒子再次分散在缓冲溶液当中，添加入一定质量比的另一种或者多种功能分子修饰的a -CD，在0_10°C下充分混合4-8 h，最后用离心的方式将纳米粒子分离出来，并用去离子水洗涤2-4次，即可获得另一种或多种表面修饰功能分子的纳米粒子。
[0012]本发明中，第一步中所加入的聚乙二醇(PEG)的数均分子量可以是200-100000 g/mol ο
[0013]本发明中，第一步中在纳米粒子表面接枝的PEG的接枝量约为2-18 %。
[0014]本发明中，第一步中所使用的纳米粒子可以是表面带有所要求基团的磁性纳米晶簇、磁流体、二氧化娃纳米粒子、二氧化钛纳米粒子、聚合物纳米粒子、重金属纳米粒子等。但不限于这些纳米粒子。
[0015]本发明中，第一步中，PEG的端基可以为羧基、氨基或者羟基；纳米粒子表面的基团可以为氨基、羧基、轻基。PEG端基和纳米粒子表面基团的选择遵循以下原则:若纳米粒子表面的基团为羧基时，则PEG端基必须为羟基或者氨基；若纳米粒子表面的基团选用羟基或者氨基时，则PEG端基必须为羧基。
[0016]本发明中，第二步(1)中，所使用的磺酰氯保护的α -环糊精(α -⑶)的保护位置可以是2位或者是6位的。且此步骤的产率约为30-65 %。
[0017]本发明中，第二步(2)中，所使用的功能分子可以是异硫氰酸酯荧光素(FITC)、叶酸、罗丹明、RGD等，但不限于此。且此步骤的产率约为40-80 %。
[0018]本发明中，第三步中，所使用的缓冲溶液可以是磷酸氢二钠/磷酸二氢钠缓冲体系、硼酸/硼酸钠缓冲体系、柠檬酸/柠檬酸钠缓冲体系、醋酸/醋酸钠缓冲体系之一种，且pH值可以调节在6-8。
[0019]本发明中，第三步中，功能分子修饰的a-CD和PEG接枝的纳米粒子的质量比可以为1:100-50:1，优选质量比为1:10-50:1，更优选质量比为1:1-30:1。
[0020]本发明中，一种在纳米粒子表面修饰功能分子的方法中所有的原料易得，合成步骤简单，条件温和，在纳米粒子的修饰过程中可以随意调节功能分子的种类和比例，并且可以可逆的二次修饰，很好的实现纳米粒子表面修饰的无差别化和可逆化，为拓宽纳米粒子的使用范围打下的坚实的基础。
【附图说明】
[0021]图1、实施例1的磁性纳米晶簇上修饰叶酸的荧光光谱图。
[0022]图2、实施例4的磁性纳米晶簇上同时修饰罗丹明和叶酸的荧光光谱图。其中，a为叶酸修饰的磁性纳米晶簇的荧光光谱图，b为罗丹明修饰的磁性纳米晶簇的的荧光光谱图。
[0023]图3、实施例10的磁性纳米晶簇上可逆交换叶酸修饰的荧光光谱图。其中，a为叶酸修饰的磁性纳米晶簇的荧光光谱图，b为接着用a -CD处理过后的荧光光谱图，c为接着再修饰叶酸后的荧光光谱图。
[0024]图4为在纳米粒子表面修饰功能分子的示意图。
【具体实施方式】
[0025]下面通过具体实施例进一步描述本发明。
[0026]实施例1:通过PEG和α -⑶的包结络合作用，在磁性纳米晶簇表面修饰叶酸分子将1.0g端基为羧基的聚乙二醇，0.5g 二环己基碳二亚胺(DCC)分散在100ml 二甲基甲酰胺中，活化两个小时后再加入1.0g表面带有羟基的磁性纳米晶簇，并加入10mg 二甲基氨基吡啶(DMAP)作为催化剂。搅拌反应24小时后，用离心的方式将没有反应的PEG和小分子反应物去除，并用乙醇反复洗5次，之后用真空干燥的方法在40-60°C下干燥1-2天，即得到PEG接枝的磁性纳米晶簇。
[0027]然后在2.5 g磺酰氯保护的α -⑶中加入50 ml乙二胺，在室温下搅拌24小时后，用丙酮沉淀出产物，反复三次，得到氨基化的α -⑶。将1.5 g叶酸放入水中，加入0.75g的1-(3- 二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺盐酸盐(EDC.HC1)和0.75g N-羟基琥珀酰亚胺(NHS)，在25-50°C下活化2-24h ;然后加入1.0g氨基化的a -CD，在25-50°C搅拌反应12-24 h，用丙酮将产物析出，反复三次，最后得到叶酸修饰的α-⑶。
[0028]最后将0.4 g第一步得到的PEG接枝的磁性纳米晶簇分散在缓冲溶液当中，添加40 mg的叶酸修饰的α -⑶，在0_10°C下充分混合4-8 h，最后用离心的方式将纳米粒子分离出来，并用去离子水洗涤2-4次，即得到表面修饰叶酸的磁性纳米晶簇。
[0029]实施例2:通过PEG和α -⑶的包结络合作用，在磁性纳米晶簇表面修饰FITC分子
将1.0g端