专利名称：用于磁性纳米粒子仿生表面修饰的表面改性剂及制备和使用方法
技术领域：
本发明涉及化合物及其制备方法，尤其涉及一种用于磁性纳米粒子仿生表 面修饰的表面改性剂及制备和使用方法。
背景技术：
纳米粒子由于具有一系列优异下性质，如磁学性质、电学性质、机械性质、 光学性质等，他们作为纳米材料在生物、物理、化学、医学等领域得到了越来 越广泛的应用。其中磁性纳米材料因其科学理论上的重妻性和技术上的广泛应 用价值已成为当今科学研究的热点，在生物相关领域的应用发展尤为迅速，包
括磁共振成像(MRI)，药物输运，生物快速分离技术和临床诊断及治疗，特别是 癌症的诊断和治疗等方面，绝大多数都是在水溶液中进行使用的。这些生物相 关领域的应用都要求磁性纳米粒子粒径合适，表面积大或有活性基团，具有良 好的生物相容性，能在液体媒介特别是水中稳定存在，而且大多必须是超顺磁。
为达到铁氧化物在生物相关领域中应用的要求，保证其稳定存在并使其表 面官能化，人们进行了一系列尝试。例如，在纳米粒子表面包覆二氧化硅薄层， 得到金属纳米粒子为核二氧化硅为壳的复合纳米粒子，赋予纳米粒子良好的水 中稳定性和化学惰性。另一个行之有效的方法就是在其表面包一层特殊聚合物 的壳，例如用壳聚糖、聚氧乙烯或者聚乙烯基吡咯烷酮等大分子对磁性纳米粒 子进行稳定，能增进纳米粒子的水溶性和生物相容性。
模拟生物膜结构的新型生物相容性材料的研究引起了极大的关注。细胞膜 外层具有双性电荷结构的磷酸胆碱极性头部可以与水分子形成非常牢固的水合 层，可以有效地改善材料的血液相容性。近年来，将细胞膜仿生的磷酸胆碱设 计用于纳米材料的表面改性和设计，为解决纳米材料在生物医学应用中所面临 的溶解性、稳定性和生物相容性等问题提供了良好的思路。人们已经实现了系 列金属纳米粒子和聚合物纳米粒子在生理环境下的有效分散和稳定。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术的不足，提供一种用于磁性纳米粒子仿生表 面修饰的表面改性剂及制备和使用方法。
用于磁性纳米粒子仿生表面修饰的表面改性剂是一种末端含有醛基的细胞 膜仿生聚合物。
用于磁性纳米粒子仿生表面修饰的表面改性剂的制备方法包括如下步骤1) 将1重量份对羟基苯甲醛溶解于50重量份四氢呋喃，加入10 50重量
份溴异丁基酰溴和1 1o重量份三乙胺，-20 0°(:下反应1 10小时，过滤除去
生成的三乙胺盐，滤液减压除去溶剂，经柱色谱分离得到含醛基功能基的引发
剂；
2) 取1重量份细胞膜仿生单体溶解于0.01 50重量份乙醇，密封后充氩气 或氮气1 100 min;
3) 取1重量份含醛基功能基的引发剂、0.01 1重量份催化剂溴化亚铜、 0.01 5重量份配体2-联吡啶，密封后充氩气或氮气1 100min;
4) 将步骤3)所得混合体系加入到步骤2)所得溶液中，在0 150。C下反 应0.1 100小时，停止反应，柱色谱分离除去铜盐，抽干溶剂得到表面改性剂。
所述的细胞膜仿生单体选自甲基丙烯酸磷酸胆碱酯、丙烯酸磷酸胆碱酯、 甲基丙烯酸葡萄糖酯或者丙烯酸葡萄糖酯。
用于磁性纳米粒子仿生表面修饰的表面改性剂的使用方法包括如下步骤
1) 将磁性纳米粒子分散于水中，按磁性纳米粒子和硅烷偶联剂的质量比10: 1 1: 100的比例加入硅烷偶联剂,搅拌下使之充分混合,调节溶液pH值至14，
搅拌下反应0.1 10小时，使硅烷偶联剂化学接枝在磁性纳米粒子表面；
2) 用磁铁吸附分离得到磁性纳米粒子，用水重新分散后用磁铁分离，清洗 3 5次；
3) 按磁性纳米粒子和表面改性剂的摩尔比为1: 500 1: 5><107的比例加入 表面改性剂，在10 50'C下反应1 10小时，用水洗涤3 5次后,获得仿生表 面修饰的磁性纳米粒子。
所述的硅烷偶联剂为胺丙基三乙氧基硅烷或者胺丙基三甲氧基硅烷。磁性 纳米粒子为超顺磁四氧化三铁或者y-三氧化二铁。 本发明与现有技术相比具有的有益效果
1) 表面改性剂具有细胞膜仿生的磷酸胆碱结构，具有良好的生物相容性；
2) 表面改性剂与纳米粒子通过共价键连接，结构稳定，能适应人体的内环 境下的稳定性要求；
3) 表面改性剂适用范围广泛，可以任何表面含氨基的纳米粒子进行修饰和 稳定化。
图1是用于磁性纳米粒子仿生表面修饰的表面改性剂的红外光谱；
图2是用于磁性纳米粒子仿生表面修饰的表面改性剂的核磁共振谱图。
具体实施例方式
本发明公开了一种用于磁性纳米粒子仿生表面修饰的表面改性剂及制备和 使用方法。该表面改性剂是通过含有醛基功能基的引发剂，引发细胞膜仿生单 体进行原子转移自由基聚合的方法制得的。通过硅烷偶联剂在磁性纳米粒子的 化学吸附接入氨基，利用氨基与表面改性剂的醛基进行反应，在磁性纳米粒子 表面形成稳定的仿生聚合物保护层，有效改善磁性纳米粒子的水溶性、稳定的、 抗凝血性和生物相容性。
实施例1
(1) 制备磁性纳米粒子的表面改性剂
将1克对羟基苯甲醛溶解于500毫升四氢呋喃，加入10克溴异丁基酰溴和 3克三乙胺，-1(TC下反应4小时，过滤除去生成的三乙胺盐，滤液减压除去溶 剂，经柱色谱分离得到含醛基功能基的引发剂；取1.2克甲基丙烯酸磷酸胆碱酯 溶解于15毫升乙醇，密封后充氩气或氮气30min;取0.2克含醛基功能基的引 发剂、O.ll克溴化亚铜、0.23克2-联吡啶，密封后充氩气或氮气30min，得到单 体溶液，将单体溶液加入到引发剂中，在3(TC下反应8小时，停止反应，通过 柱色谱分离除去铜盐，抽干溶剂得到表面改性剂。红外(见图1)和核磁(见图 2)证实所获得的产物具有预期的结构，所得表面改性剂的聚合度为5。
(2) 制备表面改性剂稳定的磁性纳米粒子
将O.l克四氧化三铁磁性纳米粒子分散于水中，加入1克胺丙基三乙氧基硅 垸，搅拌下使之充分混合,调节溶液pH值至14,搅拌下反应l小时，使胺丙基三 乙氧基硅化学接枝在磁性纳米粒子表面；用磁铁吸附分离得到磁性纳米粒子， 用三蒸水重新分散后用磁铁分离，清洗五次；所得磁性纳米粒子中加入含末端 氨基的聚甲基丙烯酸磷酸胆碱酯(聚合物为5) 0.5克，在4(TC下反应5小时， 用三蒸水洗涤5次后，获得仿生表面修饰的磁性纳米粒子。结果表明所得磁性纳 米粒子具有超顺磁性，在缓冲溶液中具有良好的分散稳定性。
(3) 血液相容性评价
复钙化时间(PRT)测定在硅化试管中，加入0.1mL已预热至37T的血 浆和0.1 mL已预热至37 。C的20pM的纳米粒子分散体，孵育1分钟后加入0.1 mL已预热至37 "C的0.025 M的CaCV溶液，同时开动秒表计时，将一根不锈钢 小钩伸入溶液中均匀缓慢的搅动，并检查是否有纤维蛋白形成，记录小钩上刚 开始出现丝状物的时间，此时间即复钙化时间(PRT)，每个样品重复测6次， 取平均值。
凝血酶原时间(PT)测定每支含钙凝血活酶加5.5mL生理盐水，摇匀溶 解，置于37匸水浴中预热备用。将已预热至37'C的人体抗凝血浆0.1mL和已 预热至37 "C的20^M的纳米粒子分散体0.1 mL加入硅化试管中，孵育1分钟后 加入含钙凝血活酶溶液O.l mL，同时开动秒表计时，将一根不锈钢小钩伸入溶 液中均匀缓慢的搅动，并检查是否有纤维蛋白形成，记录小钩上刚开始出现丝 状物的时间，此时间即凝血酶原时间(PT)，每个样品重复测6次，取平均值。
结果表明，结果表明所得磁性纳米粒子具有良好的血液相容性。
实施例2
(1) 制备纳米粒子的表面改性剂甲基丙烯酸磷酸胆碱酯的用量改为2.5 克，其他实验步骤同实施例l。核磁和红外证实所获得的产物具有预期的结构， 所得表面改性剂的聚合度为9。
(2) 制备表面改性剂稳定的纳米粒子分散体所用表面改性剂的聚合物为 9，其它实验条件同实施例1。结果表明所得磁性纳米粒子具有超顺磁性，在缓 冲溶液中具有良好的分散稳定性。
(3) 血液相容性评价复钙化时间(PRT)和凝血酶原时间(PT)测定实 验步骤同实施例1
PRT和PT结果表明，所制备的纳米粒子分散体有良好的血液相容性。 实施例3
(1) 制备纳米粒子的表面改性剂甲基丙烯酸磷酸胆碱酯的用量改为4克， 其他实验步骤同实施例1。核磁和红外证实所获得的产物具有预期的结构，所得 表面改性剂的聚合度为15。
(2) 制备表面改性剂稳定的纳米粒子分散体所用表面改性剂的聚合物为 15，其它实验条件同实施例l。结果表明所得磁性纳米粒子具有超顺磁性，在缓 冲溶液中具有良好的分散稳定性。
(3) 血液相容性评价复钙化时间(PRT)和凝血酶原时间(PT)测定实 验步骤同实施例1。
PRT和PT结果表明，所制备的纳米粒子分散体有良好的血液相容性。 实施例4
(1) 制备纳米粒子的表面改性剂聚合单体改为丙烯酸磷酸胆碱酯，其用 量为2.5克，其他实验步骤同实施例l。核磁和红外证实所获得的产物具有预期 的结构，所得表面改性剂的聚合度为10。
(2) 制备表面改性剂稳定的纳米粒子分散体所用表面改性剂为聚合物为
10的聚丙烯酸磷酸胆碱酯，其它实验条件同实施例1。结果表明所得磁性纳米
粒子具有超顺磁性，在缓冲溶液中具有良好的分散稳定性。
(3)血液相容性评价复钙化时间(PRT)和凝血酶原时间(PT)测定实 验步骤同实施例1。
PRT和PT结果表明，所制备的纳米粒子分散体有良好的血液相容性。 实施例5
(1) 制备纳米粒子的表面改性剂聚合单体改为甲基丙烯酸葡萄糖酯，其 用量为2.1克，其他实验步骤同实施例l。核磁和红外证实所获得的产物具有预 期的结构，所得表面改性剂的聚合度为10。
(2) 制备表面改性剂稳定的纳米粒子分散体所用表面改性剂为聚合物为 10的聚甲基丙烯酸葡萄糖酯，其它实验条件同实施例1。结果表明所得磁性纳 米粒子具有超顺磁性，在缓冲溶液中具有良好的分散稳定性。
(3) 血液相容性评价复钙化时间(PRT)和凝血酶原时间(PT)测定实 验步骤同实施例l。
PRT和PT结果表明，所制备的纳米粒子分散体有良好的血液相容性。 实施例6
(1) 制备纳米粒子的表面改性剂同实施例2。
(2) 制备表面改性剂稳定的纳米粒子分散体所用磁性纳米粒子改为Y-三
氧化二铁，其它实验条件同实施例1。结果表明所得磁性纳米粒子具有超顺磁性， 在缓冲溶液中具有良好的分散稳定性。
(3) 血液相容性评价复钙化时间(PRT)和凝血酶原时间(PT)测定实
验步骤同实施例1。
PRT和PT结果表明，所制备的纳米粒子分散体有良好的血液相容性。 实施例7
(1) 制备纳米粒子的表面改性剂同实施例2。
(2) 制备表面改性剂稳定的纳米粒子分散体所用硅垸偶联剂改为胺丙基
三甲氧基硅烷，其它实验条件同实施例1。结果表明所得磁性纳米粒子具有超顺 磁性，在缓冲溶液中具有良好的分散稳定性。
(3) 血液相容性评价复钙化时间(PRT)和凝血酶原时间(PT)测定实
验步骤同实施例l。
PRT和PT结果表明，所制备的纳米粒子分散体有良好的血液相容性。
权利要求
1.一种用于磁性纳米粒子仿生表面修饰的表面改性剂，其特征在于它是一种末端含有醛基的细胞膜仿生聚合物。
2. —种根据权利要求1所述用于磁性纳米粒子仿生表面修饰的表面改性剂 的制备方法，其特征在于包括如下步骤-1) 将1重量份对羟基苯甲醛溶解于50重量份四氢呋喃，加入10 50重量 份溴异丁基酰溴和1 10重量份三乙胺，-20 0匸下反应1 10小时，过滤除去 生成的三乙胺盐，滤液减压除去溶剂，经柱色谱分离得到含醛基功能基的引发 剂；2) 取1重量份细胞膜仿生单体溶解于0.01 50重量份乙醇，密封后充氩气 或氮气1 100 min;3) 取1重量份含醛基功能基的引发剂、0.01 1重量份催化剂溴化亚铜、 0.01 5重量份配体2-联吡啶，密封后充氩气或氮气1 100 min;4) 将步骤3)所得混合体系加入到步骤2)所得溶液中，在0 15(TC下反 应0.1 100小时，停止反应，除去铜盐，抽干溶剂得到表面改性剂。
3. 根据权利要求2所述的一种用于磁性纳米粒子仿生表面修饰的表面改性 剂的制备方法，其特征在于所述的细胞膜仿生单体选自甲基丙烯酸磷酸胆碱酯、 丙烯酸磷酸胆碱酯、甲基丙烯酸葡萄糖酯或者丙烯酸葡萄糖酯。
4. 一种根据权利要求1所述用于磁性纳米粒子仿生表面修饰的表面改性剂 的使用方法，其特征在于包括如下步骤1) 将磁性纳米粒子分散于水中，按磁性纳米粒子和硅垸偶联剂的质量比10: 1 1: 100的比例加入硅烷偶联剂，搅拌下使之充分混合,调节溶液pH值至14， 搅拌下反应0.1 10小时，使硅烷偶联剂化学接枝在磁性纳米粒子表面；2) 用磁铁吸附分离得到磁性纳米粒子，用水重新分散后用磁铁分离，清洗 3 5次；3) 按磁性纳米粒子和表面改性剂的摩尔比为1: 500 1: 5><107的比例加入 表面改性剂，在10 5(TC下反应1 10小时，用水洗涤3 5次后，获得仿生表 面修饰的磁性纳米粒子。
5. 根据权利要求4所述的一种用于磁性纳米粒子仿生表面修饰的表面改性 剂的使用方法，其特征在于所述的硅垸偶联剂为胺丙基三乙氧基硅烷或者胺丙 基三甲氧基硅烷。
6. 根据权利要求4所述的一种用于磁性纳米粒子仿生表面修饰的表面改性 剂的使用方法，其特征在于所述的磁性纳米粒子为超顺磁四氧化三铁或者？三 氧化二铁。
全文摘要
本发明公开了一种用于磁性纳米粒子仿生表面修饰的表面改性剂及制备和使用方法。该表面改性剂是一种末端含有醛基的细胞膜仿生聚合物，该表面改性剂是通过含有醛基功能基的引发剂，引发细胞膜仿生单体进行原子转移自由基聚合的方法制得的。该表面改性剂可以用于对磁性纳米粒子进行修饰，通过硅烷偶联剂在磁性纳米粒子的化学吸附接入氨基，利用氨基与表面改性剂的醛基进行反应，在磁性纳米粒子表面形成稳定的仿生聚合物保护层，有效改善磁性纳米粒子的水溶性、稳定的、抗凝血性和生物相容性。本发明可用于药物缓释、基因传递、生物分子诊断和检测、生物分子分离、生物传感器等领域中。
文档编号C08F120/34GK101367895SQ20081012079
公开日2009年2月18日 申请日期2008年9月5日 优先权日2008年9月5日
发明者徐建平, 沈家骢, 王晨辰, 剑 计 申请人:浙江大学