一种特异性功能磁流体的制备方法

专利名称：一种特异性功能磁流体的制备方法
技术领域：
本发明涉及一种特异性功能磁流体的制备方法，属于纳米科学技术及生物医药领域。
背景技术：
磁流体又称磁性液体，是纳米材料的重要应用领域之一，它兼有固体的磁体和液体材料 的流动体，是一种新型的液体功能性材料。早期的磁流体主要用于密封、润滑、分离、印染 以及环境保护等方面，并取得了实质性的成功。近年来，随着纳米科学技术的发展和一些新 技术的应用，已经将磁性纳米颗粒进行了表面修饰和改性，使其不但具有纳米粒子的通常性 能，而且具有生物相容性、生物降解性和磁响应性等特异性，因此在生物医药领域得到了广 阔的应用，如固定化酶、单(双)靶向药物、药物控制释放、核磁共振造影成像、DNA和细 胞分离技术等。
特异性功能磁流体的组成，可根据性能分为二部分 一部分是磁性核，体现出磁性纳米 颗粒的大小、颗粒表面的性质、悬浮稳定性、磁响应性等；另一部分是表面修饰和改性部分， 体现了生物相容、降解和穿透等性能。这些均对其在生物医药领域的应用具有显著的影响， 是生物医药用磁流体的制备和应用的主要前提。传统的油基磁体流由于其非生物相容性，在 生物医药领域的应用受到了限制。而基于表面活性剂的水基磁流体很难对其进行表面功能化 修饰或改性，其在生物医药领域的应用也受到一定程度的限制。
通过天然的有机高分子，特别是针对性合成的亲水性有机高分子对磁体纳米颗粒进行表 面包覆修饰， 一方面提高磁性颗粒的生物相容性、悬浮稳定性和对生物体内网状内皮系统的 穿透力，延长其体内循环时间；另一方面，有机高分子的活性基团经过表面修饰可同时负载 多种功能高分子(多肽、抗体、酶、DNA和RNA等)，从而可制备出特异性功能的磁性纳米颗 粒材料。因而采用亲水性有机高分子作为表面修饰剂的磁流体成为一种极具应用前景的生物 医药用特异性功能磁流体。
目前，已有的生物医药用磁流体的表面修饰剂主要有聚乙二醇、葡聚糖、壳聚糖等。其中，聚乙二醇作为表面修饰剂的效果不够理想；而葡聚糖和壳聚糖等亲水性有机高分子一 方面成本非常高，另一方面现有合成方法制备的磁流体磁响应性较弱。国内邱广亮等采用乳 化复合技术制备出粒径为5(T375nm的磁性淀粉微球，在水相中具有较好的分散稳定性(邱广 亮，李永兰等，化学科技，2001， 9 (4): 15 18)。但由于磁性淀粉复合颗粒粒径较大，粒度 分布过宽，限制了其在生物医药领域中的应用，尤其是在磁靶向药物技术中的应用。因而， 开发新的低成本的、粒径小于50nm且单分散性良好的、强磁响及高稳定性的生物医药用特异 性功能磁流体仍具有重大的实际意义。

发明内容
本发明的第一个目的是提出一种特异性功能磁流体，它不但具有磁性纳米颗粒的纳米表 征性和磁响应性，而且具有生物相容、生物降解和生物穿透等特异性。其组成可根据性能分 为二部分 一部分是磁性纳米核，体现出磁性纳米颗粒的大小、颗粒表面的性质、悬浮稳定 性、磁响应性等；另一部分是表面修饰和改性部分，体现了生物相容、降解和穿透等性能。 所述的生物医药用特异性功能磁流体的进一步特征在于，磁体无机纳米颗粒是颗径为1(T25nm 的Fe304颗粒，表面包覆有机合成生物基材料和偶联结合的合成多肽的磁性纳米颗粒的粒径 小于45匿。
本发明的第二个目的是提供一种所述的特异性功能磁流体的制备方法。
一种特异性功能磁流体的制备方法，具体操作步骤如下 第一步原料准备
原料为FeC13. 6H20, FeS04. 7H20， NaOH或NH3.跳可溶性聚羟甲基糠醛，其分子量为 1500(T23000，合成多肽，其肽链数控制在15 20，所用原料均为分析纯。 第二歩反应液的配制
分别配制Fe3+和Fe2+的铁盐混合水溶液及NaOH或氨水溶液，铁盐混合水溶液中Fe3+离 子的浓度为0. 2 0. 5mol/L， Fc2+的浓度为0.广0. 3 mol/L， Na0H或氨水溶液的浓度为0.广0. 5 mol/L;导向肽的浓度为0. 2 2. 5mg/ml。第三步磁性核和表面修饰的磁流体制备
将计量的含Fe3+、 Fe2+离子的铁盐溶液和由3 5份重量的可溶性聚5-羟甲基糠醛和40 份重量的二次蒸馏水所配制成的水溶液，加入到超重力反应器(旋转填充床)中，控制温度 7(T80'C和调整转速达到可产生离心加速度300 900 g的超重力。在1. 5 2. 5小时内，滴加 完计量的NaOH或氨水溶液，并继续保持超重力场1小时。停止旋转，在所得到的黑色磁性悬 浮液中，用稀盐酸调节该悬浮液的pH值至7，离心去除溶液中的沉淀物，然后，样品经二次 蒸馏水透析2 3天，除去未作用的游离聚5-羟甲基糠醛和其他非磁性成分，所得的溶液分别 用二次蒸馏水和磷酸缓冲溶液PBS (pH=7.40)清洗，浓缩后得产品(经有机高分子表面修饰 的磁流体)。
第五步特异性功能磁流体的制备
在磷酸盐缓冲溶液中，配制浓度为0.5 2.0mg/ml的导向肽0. 5 2. Oml，加入浓度为 0. 5 2. Omg/ml的碳二亚胺溶液0. 5 2. O;nl ，再加入第四步制得的磁流体100 200ml, 15 25。C的温度下避光以200 400r/min的频率震荡20 26h，磷酸盐缓冲溶液清洗，得到具有 特异性功能磁流体。
本发明有以下的特点和效果
丄、所发明的磁流体是一种生物医药用水基磁流体，具有良好的生物相容性，生物降解性， 生物穿透性，悬浮稳定性和磁响应性。
2、 磁流体中磁性聚5-羟甲基糠醛复合纳米颗粒表面含有两种反应性功能基团(呋喃和醚 基-0-)，可负载多种功能高分子(多肽、抗体、酶DNA和RNA等)。
3、 所发明磁流体的磁核，采用水热超重力反应法合成，通过优化合成工艺(反应物浓度、 碱液滴加速度、反应温度、时间和超重力加速度)，有效地控制了纳米颗粒的成核速率、核生 长速率和纳米粒径分布。制备的磁流体中磁性聚5-羟甲基糠酸复合纳米颗粒的平均粒径小于
45nra，单分散性良好，可用于靶向给药、细胞分离、肿瘤热疗和核磁共振造影成象等诸多领 域。4、磁性纳米颗粒表面所偶联结合的导向肽为合成12 15链结的肽，其合成方法是在 THF或DMF中，加入少量的浓硫酸，控制2(TC 65T，分步和分量加入甘氨酸、精氨酸、谷 氨酸、赖氨酸和L-亮氨酸或L-瓜氨酸等，控制氨基酸的品种、配比和合成工艺条件，控制肽 链结数为12-15个氨基酸，可以得到不同特异性能和不同用途的导向肽。
5、本发明的制备方法简单易行，采用合成有机高分子作为稳定剂，可显著的降低生产成 本和提高产品的性能。
下面结合具体的实施例，对本发明作进一步的阐述。本发明不限于这些具体的实施例。
具体实施方式
所有的实施例均按上述的制备方法的操作步骤操作。 实施例1
用二次蒸馏水分别配制0. 6mol/L Fe2+和0. 3raol/L Fe3+的混合溶液及0. 2mol/L NaOH溶 液。将3份重量的聚5-羟甲基糠醛加入40份的二次蒸熘水中，加热到60'C使其溶解。
取铁盐的混合溶液50ml加入聚5-羟甲基糠醛溶液中，同时加入到旋转填充床反应器，调 节旋转速度，控制产生离心加速度300 900 g的超重力。控制温度7(T8(TC，在1. 5 2. 5小 时内，滴加完计量的NaOH水溶液，并继续保持超重力场1小时。停止旋转，在所得到的黑色 磁性悬浮液中，用稀盐酸调节该悬浮液的pH值至7，离心去除溶液中的沉淀物，然后，样品 经二次蒸馏水透析2 3天，除去未作用的游离聚5-羟甲基糠醛和其他非磁性成分，所得的溶 液分别用一次蒸馏水和磷酸缓冲溶液PBS (pH=7.40)清洗，浓缩后得产品(经有机高分子表 面修饰的磁流体)。
在200mlTHF中，加入0. 5ml浓硫酸，控制2(TC 65'C，分三次加入甘氨酸、精氨酸、谷 氨酸、赖氨酸和L-亮氨酸或L-瓜氨酸等各5g，保温反应15 20小时。浓縮结晶和分离出产 物，再用酒精重结晶，得导向肽。通过控制氨基酸的品种、配比和合成工艺条件，控制肽联 结数为.12-15个氨基酸，可以得到不同特异性能和不同用途的导向肽。
在磷酸盐缓冲溶液中，配制浓度为1. 3mg/ml的导向肽5. 5ml，加入浓度为0. 9mg/ml的碳 二亚胺溶液4.0ml，再加入第四步制得的磁流体200ml， 22 3(TC的温度下避光以200 400r/min的频率震荡20 22h,磷酸盐缓冲溶液清洗，得到具有特异性功能磁流体。
磁流体中聚5-羟甲基糠醛包覆的磁性纳米颗粒形状为柔性近球形，单分散性良好，粒径 在30 45nm之间，比饱和磁化强度为46emu/g。磁流体中含Fe304 12mg/ml,聚5-羟甲基糠 醛约2.0mg/ml，导向肽约1.0mg/ml。磁流体样品具有良好的悬浮稳定性，在3 5个月内由于 重力作用产生的沉降现象不明显。
实施例2
用二次蒸馏水分别配制Q. 8mol/L Fe2+和0, 3mol/L Fe3+的混合溶液及0. 4mol/L NaOH溶 液。将5份重量的聚5-羟甲基糠醛加入50份的二次蒸馏水中，加热到6(TC使其溶解。
取铁盐的混合溶液80nil加入聚5-羟甲基糠醛溶液中，同时加入到旋转填充床反应器，调 节旋转速度，控制产生离心加速度500 800 g的超重力。控制温度8(T90。C，在1. 5 2. 0小 时内，滴加完计量的NaOH水溶液，并继续保持超重力场1.5小时。停止旋转，在所得到的黑 色磁性悬浮液中，用稀盐酸调节该悬浮液的pH值至7，离心去除溶液中的沉淀物，然后，样 品经二次蒸馏水透析2 3天，除去未作用的游离聚5-羟甲基糠醛和其他非磁性成分，所得的 溶液分别用二次蒸馏水和磷酸缓冲溶液PBS (pH=7.40)清洗，浓縮后得产品(经有机高分子 表面修饰的磁流体)。
导向肽的制备方法同例1。
在磷酸盐缓冲溶液中，配制浓度为L5mg/ml的导向肽6.5ml，加入浓度为1.2mg/ml的碳 二亚胺溶液4.2ml，再加入第四步制得的磁流体160ml, 25 30°C的温度下避光以300 350r/min的频率震荡20 22h，磷酸盐缓冲溶液清洗，得到具有特异性功能磁流体。
磁流体中聚5-羟甲基糠醛包覆的磁性纳米颗粒形状为柔性近球形，单分散性良好，粒径 在38 45腦之间，比饱和磁化强度为 48emu/g。磁流体中含Fe3(H 15nig/ml，聚5-羟甲基 糠醛约1.8mg/ml，导向肽约1. lmg/ml。磁流体样品具有良好的悬浮稳定性，在4、个月内由 于重力作用产生的沉降现象不明显。实施例3
用二次蒸馏水分别配制0.6mol/L Fe2+和0. 3mol/L Fe3+的混合溶液及0. 5啦1/L NaOH溶 液。将8份重量的聚5-羟甲基糠醛加入60份的二次蒸馏水中，加热到60'C使其溶解。
取铁盐的混合溶液120ml加入聚5-羟甲基糠醛溶液中，同时加入到旋转填充床反应器， 调节旋转速度，控制产生离心加速度800 900 g的超重力。控制温度80 95°C，在1. 5 2. 0 小时内，滴加完计量的NaOH水溶液，并继续保持超重力场2.0小时。停止旋转，在所得到的 黑色磁性悬浮液中，用稀盐酸调节该悬浮液的pH值至7，离心去除溶液中的沉淀物，然后， 样品经二次蒸馏水透析2 3天，除去未作用的游离聚5-羟甲基糠醛和其他非磁性成分，所得 的溶液分别用二次蒸馏水和磷酸缓冲溶液PBS (pH=7.40)清洗，浓縮后得产品(经有机高分 子表面修饰的磁流体)。
导向肽的制备方法同例1。
在磷酸盐缓冲溶液中，配制浓度为2. Omg/ral的导向肽3. Oml，加入浓度为1. 5mg/ml的碳 二亚胺溶液3.5ml，再加入第四步制得的磁流体120ml， 25 33°C的温度下避光以350 450rZmin的频率震荡18 20h，磷酸盐缓冲溶液清洗，得到具有特异性功能磁流体。
本发明的水基磁流体具有良好的生物相容性、生物可降解性、生物穿透性、悬浮稳定性 和磁响应性，可用于细胞分离、肿瘤热疗、核磁共振影成像和靶向给药等生物医药领域。
权利要求
1、本发明涉及一种特异性功能磁流体的制备方法，其特征在于以含Fe+3、Fe+2的水溶液为原料，与NaOH水溶液或氨水和聚5-羟甲基糠醛水溶液，经水热超重力反应和表面修饰，而得到表面修饰的磁流体，再与合成导向肽偶联结合，得到具有生物相容性、生物降解性、生物穿透性、磁响应性和纳米颗粒特性等特异性功能磁流体。
2、 按照权利要求1所述，其特征在于磁性核和表面修饰，是在超重力场里，Fe3+、 Fe2+ 离子发生水热超重力反应而生成Fe304纳米磁核，并与聚5-羟甲基糠醛发生表面修饰作用，表面 修饰后的磁性纳米颗粒粒径小于45nm。
3、 按照权利要求l所述，其特征在于经表面修饰后的磁性纳米颗粒与合成导向肽的偶联 结合，是在磷酸盐缓冲溶液中，导向肽和碳二亚胺，与经表面修饰后的磁性纳米颗粒进行表面 偶联结合，得到具有特异性功能磁流体。
4、 按照权利要求l所述，其特征在于导向肽的合成，是在有机溶剂中，在催化剂和控制 一定温度下，由多种氨基酸经成肽反应而生成，氨基酸品种有甘氨酸、精氨酸、谷氨酸、赖 氨酸和L-亮氨酸或L瓜氨酸有机溶剂为四氢呋喃或N， N-二甲基甲酰胺，催化剂为浓硫酸， 控制肽链结数为12-15个氨基酸，控制氨基酸的品种、配比和合成工艺条件，可以得到不同 特异性功能和不同用途的导向肽。
5、权利要求1或2 4所述一种特异性功能磁流体的制备方法，其特征在于，具体操作歩骤.第一歩原料准备原料为FeC13.6H20， FeS04.7H20， NaOH或NH3. H20，可溶性聚羟甲基糠醛，其分子 量为15000 23000，合成多肽，其肽链数控制在15 20，所用原料均为分析纯。第二步反应液的配制 '分别配制Fe3+和Fe2+的铁盐混合水溶液及NaOH或氨水溶液，铁盐混合水溶液中Fe3十 离子的浓度为0.2 0.5mol/L， Fe2+的浓度为0.1~0.3 mol/L， NaOH或氨水溶液的浓度为0.1~0.5 mol/L;导向肽的浓度为0.2 2.5mg/ml。第=步磁性核和表面修饰的磁流体制备将计量的含Fe3+、 Fe2十离子的铁盐溶液和由3~5份重量的可溶性聚5-羟甲基糠醛和40 份重量的二次蒸馏水所配制成的水溶液，加入到超重力反应器(旋转填充床)中，控制温度 70 8(TC和调整转速达到可产生离心加速度300 900g的超重力。在1.5 2.5小时内，滴加 完计量的NaOH或氨水溶液，并继续保持超重力场1小时。停止旋转，在所得到的黑色磁性 悬浮液中，用稀盐酸调节该悬浮液的pH值至7，离心去除溶液中的沉淀物，然后，样品经二 次蒸馏水透析2-3天，除去未作用的游离聚5-羟甲基糠醛和其他非磁性成分，所得的溶液分 别用二次蒸馏水和磷酸缓冲溶液PBS (pH=7.40)清洗，浓缩后得产品(经有机高分子表面修 饰的磁流体)。第五步特异性功能磁流体的制备在磷酸盐缓冲溶液中，配制浓度为O. 5 2. Omg/ml的导向肽O. 5 2. Oml，加入浓度为O. 5 2.0mg/ml的碳二亚胺溶液0. 5 2.0ml，再加入第四步制得的磁流体100 200ml, 15 25。C 的温度下避光以200 400r/min的频率震荡20 26h，磷酸盐缓冲溶液清洗，得到具有特异 性功能磁流体。
全文摘要
本发明涉及一种特异性功能磁流体的制备方法，其特征在于以含Fe⁺³、Fe⁺²的水溶液为原料，与NaOH水溶液和聚5-羟甲基糠醛水溶液，在超重力场里经水解和表面修饰，而得到表面修饰的磁流体，再与合成导向肽偶联结合，得到具有生物相容性、生物降解性、生物穿透性、磁响应性和纳米颗粒特性等特异性功能磁流体，聚5-羟甲基糠醛是由生物基材料5-羟甲基糠醛，通过聚合法获得的可溶性高分子有机物，合成导向肽是在有机溶剂中，在催化剂和控制一定温度下，由多种氨基酸经成肽反应而生成，控制氨基酸的品种、配比和合成工艺条件等，可以得到不同特异性功能和不同用途的导向肽。
文档编号H01F41/02GK101409125SQ20081002123
公开日2009年4月15日 申请日期2008年8月6日 优先权日2008年8月6日
发明者张文娟, 张春来, 徐安民, 曹再林, 凯 杨, 王乃剑, 王友志, 王圣良, 王玉成, 王理想, 靳长娟, 高玉忠 申请人:徐州诺特化工有限公司