专利名称：聚乙二醇化学接枝修饰二氧化钛纳米管的方法
技术领域：
本发明涉及一种聚乙二醇化学接枝修饰二氧化钛纳米管的方法，属有机化学接
枝修饰及二氧化钛纳米管改性处理技术领域。
背景技术：
随着纳米技术的迅速发展，各种形式的纳米材料正以各种途径进入我们的生 活，纳米尺度的材料具有小尺寸效应、大比表面积、高反应活性等性质，从而在光学、 力学、电学、生物学等方面表现出不同于一般宏观材料的显著特点，特别是其能够进入 生物体，对生物体造成的各种的影响已经引起科学界和各国政府的广泛关注。
二氧化钛纳米管是近年来发展的一种新型管状纳米材料，有着比二氧化钛粉体 和纳膜材料更大的比表面积，具有更诱人的应用前景，为了适合不同用途的需要，采用 不同方法制备具有特定性能的二氧化钛纳米管逐渐引起人们的兴趣，各种各样的改性二 氧化钛纳米管及其复合结构被制备出来。 聚乙二醇类聚合物是pH中性、无毒 、水溶性的聚合物，具有线性的(相对 分子量5000 30000)或枝化的(相对分子量40000 60000)链状结构，线性分子为 HO-(CH2CH20)n-CH2CH2-OH，其中聚乙二醇及其衍生物由于具有下述的优良性质而在化 学修饰中应用最多①PEG具有两亲性，既可溶解于水，又可溶解于大多数的有机溶 剂；②PEG无毒，免疫原性低，其生物相容性也已通过美国FDA认证；③PEG的分子 量范围很宽，从几万到数十万，选择余地大；④PEG可以将它的许多优良性质赋予修饰 后的生物分子。纳米生物技术在迅速发展的生物技术领域中正处于领先地位，利用具有 生物兼容性较好的聚乙二醇来修饰二氧化钛纳米管，具有生物和化学惰性以及它的成本 效益，1102纳米粒子结合了无机和有机成分的特性，有利于纳米管上接载药物，广泛的 用于药物输送等生物医学的诊断和治疗。
发明内容
本发明的目的在于提供一种聚乙醇化学接枝修饰二氧化钛纳米管的方法。 本发明一种聚乙醇化学接枝修饰二氧化钛纳米管的方法，其特征在于具有以下
的过程和步骤 a. 二氧化钛纳米管的氨基化 在装有磁力搅拌转子、回流冷凝管的100ml三颈圆底烧杯中，加入1.0g干燥的 二氧化钛纳米管原料；再加入3-氨丙基三乙氧基硅烷(APTMs)和甲苯，两者的体积比为 0.25 0.30;然后以40kHz超声波处理15min，并在氮气保护下加热到80°C ，不断搅拌 下反应24h，反应完毕后冷却至室温，然后进行抽滤，用甲苯反复洗涤多次以除去未反应 的APTMs ;在8(TC真空干燥24h后得到表面带有氨基的二氧化钛纳米管；
b.聚乙二醇的羟基化 将一定量的聚乙二醇(PEG)加入到装有溶剂二氧杂环己烷的三颈圆底烧瓶中，然后将一定量的4-二甲氨基吡啶、丁二酸酐、三乙胺分别加入到烧瓶中；溶于溶剂二氧 杂环己烷中四种物质聚乙二醇(PEG)、 4-二甲氨基吡啶、丁二酸酐、三乙胺的摩尔质量比
为0.25 :i:i:i;在室温氮气保护条件下和磁力搅拌下反应24h;该溶液的质量百分
浓度为3%;反应完成后将圆底烧瓶放入真空干燥箱中去除溶剂二氧杂环己烷，然后将四 氯化碳加入到圆底烧瓶中以溶解剩余产物，来完全反应多余的丁二酸酐通过过滤除去； 将滤液加入到冷的乙醚溶液中使之沉淀，经抽滤得到的沉淀物在真空条件下干燥12h，得
到羧基化的聚乙二醇；其反应方程式如下
PEG-0H+〔》 - PEG-C00H
、 c. 二氧化钛纳米管与羧基化聚乙二醇的反应 将上述所得的羧基化聚乙二醇(PEG-COOH)溶解在磷酸缓冲溶液(PB S) 中，然后将一定量的1-乙基-(3-二甲基氨基丙基)碳化二亚胺盐酸盐(EDOHCl) 和N-羟基丁二酰亚胺(NHs)加入到上述溶液中；三者的用量其摩尔质量比为 PEG-C00H : EDOHC1 : NHs= 1 : 20 : 20 ;经磁力搅拌30min后，将上述氨基化 的二氧化钛纳米管加入到上述溶液中；超声分散15min后，在室温条件下搅拌反应24h， 反应完毕后，洗涤多次，以去除未反应物质；然后离心分离、抽滤，最终得到聚乙二醇 修饰的二氧化钛纳米管。 本发明方法的优点和特点如下所述 (l)PEG修饰的二氧化钛纳米管合成过程简单，可控性强，不需要高温、高压、 添加催化剂等特殊的反应条件； (2)修饰后的二氧化钛纳米管可溶性增强，并且在无机的二氧化钛纳米管结构中 含有规则排列的、不同亲和性能的、纳米级的尺寸聚合物链段所组成的纳米级空间，可 以作为特殊功能的纳米器件，广泛的应用于药物输送等生物医学的诊断和治疗。
图1为本发明中二氧化钛纳米管的氨基化的反应示意图。
图2为本发明中聚乙二醇修饰二氧化钛纳米管的反应示意图。
图3为本发明中聚乙二醇接枝修饰二氧化钛纳米管的红外光谱图。
具体实施例方式
现将本发明的具体实施例叙述于后。
实施例本实施例中的过程和步骤如下所述 1、 二氧化钛纳米管的氨基化在装有磁力搅拌转子，回流冷凝管的100ml三 颈圆底烧瓶中，加入l.Og干燥的二氧化钛纳米管原料，8.0ml APTMS禾P 30.0ml甲苯，以 40kHz超声波处理15min后，氮气保护下加热到80°C ，搅拌反应24h后，停止反应，冷却 至室温，抽滤，甲苯反复洗涤多次，8(TC真空干燥24h后得到表面带有氨基的二氧化钛 纳米管。反应示意图参见图l。 2、聚乙二醇羧基化将聚乙二醇(PEG)(0.5mmo1)、 4-二甲氨基吡啶(2mmo1)、丁二酸酐(2mmo1)、三乙胺(2mmol)溶解在溶剂二氧杂环己烷中，在室温氮气保护条件下 反应24h，溶液浓度为3%(质量比)。二氧杂环己烷在真空条件下除去，剩余产物溶解在 四氯化碳中，没有反应的丁二酸酐通过过滤除去。滤液在冷的乙醚溶液中沉淀。得到的 沉淀物在真空条件下干燥12多小时。最终得到羧基化的聚乙二醇。反应方程式如下
<formula>formula see original document page 5</formula> 3、 二氧化钛纳米管与聚乙二醇的反应将O.lmmol的PEG-COOH溶解在磷酸 缓冲溶液(PBS)中，然后将2mmo1的1-乙基-(3-二甲基氨基丙基)碳化二亚胺盐酸盐 (EDC.HCL)和2mmo1的N-羟基丁二酰亚胺(NHs)加入到上述溶液中，磁力搅拌30min 后，将氨基化的二氧化钛纳米管加入到上述溶液中；超声15min后，在室温条件下搅拌 反应24h，未反应的物质反复洗涤多次；然后经离心、抽滤，得到聚乙二醇修饰后的二 氧化钛纳米管。其反应示意图参见图2。 本发明所得产物聚乙二醇修饰二氧化钛纳米管的红外光谱表征图3为聚乙二 醇接枝修饰二氧化钛纳米管的红外光谱图，从图中可以看出，与未修饰的二氧化钛纳米 管(a)相比，聚乙二醇修饰后的二氧化钛纳米管(b)的红外光谱图存在以下变化二氧化 钛纳米管在1107cm-l处出现新的特征峰值，这主要是PEG的C-O特征峰作用的结果；在 2928-3000处的小峰是PEG中的甲基和亚甲基伸縮振动特征峰键合的作用；在1640cm-l 处的特征峰是酰胺的特征峰值，表明聚乙二醇上的羧基与二氧化钛纳米管上的氨基作用 反应的结果。这些特征峰证明了聚乙二醇修饰在二氧化钛纳米管表面上。
权利要求
一种聚乙二醇化学接枝修饰二氧化钛纳米管的方法，其特征在于具有以下的过程和步骤a.二氧化钛纳米管的氨基化在装有磁力搅拌转子、回流冷凝管的100ml三颈圆底烧杯中，加入1.0g干燥的二氧化钛纳米管原料；再加入3-氨丙基三乙氧基硅烷(APTMs)和甲苯，两者的体积比为0.25～0.30；然后以40kHz超声波处理15min，并在氮气保护下加热到80℃，不断搅拌下反应24h，反应完毕后冷却至室温，然后进行抽滤，用甲苯反复洗涤多次以除去未反应的APTMs；在80℃真空干燥24h后得到表面带有氨基的二氧化钛纳米管；b.聚乙二醇的羟基化将一定量的聚乙二醇(PEG)加入到装有溶剂二氧杂环己烷的三颈圆底烧瓶中，然后将一定量的4-二甲氨基吡啶、丁二酸酐、三乙胺分别加入到烧瓶中；溶于溶剂二氧杂环己烷中。四种物质聚乙二醇(PEG)、4-二甲氨基吡啶、丁二酸酐、三乙胺的摩尔质量比为0.25∶1∶1∶1；在室温氮气保护条件下和磁力搅拌下反应24h；该溶液的质量百分浓度为3％；反应完成后将圆底烧瓶放入真空干燥箱中去除溶剂二氧杂环己烷，然后将四氯化碳加入到圆底烧瓶中以溶解剩余产物，未完全反应多余的丁二酸酐通过过滤除去；将滤液加入到冷的乙醚溶液中使之沉淀，经抽滤得到的沉淀物在真空条件下干燥12h，得到羧基化的聚乙二醇；其反应方程式如下c.二氧化钛纳米管与羧基化聚乙二醇的反应将上述所得的羧基化聚乙二醇(PEG-COOH)溶解在磷酸缓冲溶液(PBS)中，然后将一定量的1-乙基-(3-二甲基氨基丙基)碳化二亚胺盐酸盐(EDC·HCl)和N-羟基丁二酰亚胺(NHs)加入到上述溶液中；三者的用量其摩尔质量比为PEG-COOH∶EDC·HCl∶NHs＝1∶20∶20；经磁力搅拌30min后，将上述氨基化的二氧化钛纳米管加入到上述溶液中；超声分散15min后，在室温条件下搅拌反应24h，反应完毕后，洗涤多次，以去除未反应物质；然后离心分离、抽滤，最终得到聚乙二醇修饰的二氧化钛纳米管。
全文摘要
本发明涉及一种聚乙二醇化学接枝修饰二氧化钛纳米管的方法，属有机化学接枝修饰及二氧化钛纳米管改性处理技术领域。本发明的主要过程如下(1)、二氧化钛纳米管的氨基化；将二氧化钛纳米管与3-氨丙基三乙氧基硅烷(APTMs)和甲苯在氮气保护下80℃加热搅拌反应，然后抽滤、洗涤、干燥，得氨基化的TiO2；(2)、聚乙二醇羧基化；将聚乙二醇溶于二氧杂环己烷中，再将4-二甲氨基吡啶、丁二酸酐、三乙胺分别加入上述溶液中，在室温氮气保护下磁力搅拌反应24h，然后过滤，将滤液加入至冷乙醚溶液中沉淀，得到沉淀物，即为羧基化的聚乙二醇；(3)、将上述制得的氨基化的二氧化钛纳米管与羧基化的聚乙二醇在室温下搅拌反应24h，经离心、抽滤，得乙二醇修饰二氧化钛纳米管。
文档编号A61K47/34GK101690817SQ20091019657
公开日2010年4月7日 申请日期2009年9月27日 优先权日2009年9月27日
发明者刘晓磊, 张璐, 焦正, 王佳, 王艳丽, 谈顺, 陈欣欣 申请人:上海大学