酚醛树脂为基质的磁荧光复合材料及其制备方法和应用与流程

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本发明属于功能高分子材料制备和生物医学应用技术领域，尤其是涉及一种酚醛树脂为基质的磁荧光复合材料及其制备方法和应用。

背景技术：

石墨烯作为新型二维材料已经在化学，电子工业，材料科学领域受到了极大的关注。石墨烯材料由于其单层片状结构，在制备三维材料方面有着独特的优势，因此被广泛应用到生物医学检测，环境检测，传感器以及电子工业等。最为广泛的制备单层石墨烯的方法有化学氧化石墨以及机械剥离石墨，然而，通过化学氧化还原方法剥离单层石墨烯是非常困难的，其主要原因是在石墨烯的表面富含有大量官能团结构，大量官能团结构会导致石墨烯发生团聚。然而，由于可电离的官能团分布在石墨烯的边缘，可使石墨烯镶嵌入不同的分子以及离子。这些不同分子以及离子的镶嵌，会改变石墨烯原有的性质，例如：提高光学性能，热力学性能，阻止石墨烯片层之间的团聚，增加石墨烯的导电性能。

酚醛树脂(pfr)具有独特的荧光性能和很低的毒性，pfr易改性且易包覆其它材料，现有技术中，已经公开了采用pfr包覆ag纳米粒子，fe3o4纳米粒子等，通过组装形成独特性质的纳米复合材料，但目前用酚醛树脂构建的纳米粒子性能单一，多考虑应用在荧光检测方面，尚未有以酚醛树脂为基质的fe3o4-pfr负载氧化石墨烯磁荧光复合材料及其应用于肿瘤细胞光学成像和光热治疗的研究或报道。

技术实现要素：

针对现有技术中的不足，本发明的目的在于提供一种酚醛树脂为基质的磁荧光复合材料；本发明还提供了上述酚醛树脂为基质的磁荧光复合材料的制备方法，首先制备核壳结构fe3o4-pfr纳米粒子，再将末端氨基化的聚乙二醇修饰的fe3o4-pfr纳米粒子负载到氧化石墨烯纳米片层表面。本发明另外还提供了上述酚醛树脂为基质的磁荧光复合材料的应用。

本发明采用的技术方案是：

一种酚醛树脂为基质的磁荧光复合材料，所述磁荧光复合材料由氧化石墨烯及负载在所述氧化石墨烯表面的fe3o4-pfr纳米粒子组成。

本发明所述的酚醛树脂为基质的磁荧光复合材料，其中，在所述fe3o4-pfr纳米粒子负载到所述氧化石墨烯表面前，预先依次用聚苯乙烯磺酸钠(pss)、聚乙烯亚胺(pei)和pss进行羧基化并通过末端氨基化聚乙二醇修饰。

本发明所述的酚醛树脂为基质的磁荧光复合材料，其中，所述fe3o4-pfr纳米粒子的粒径为90-120nm。

本发明所述的酚醛树脂为基质的磁荧光复合材料的制备方法，包括以下步骤：

(1)fe3o4纳米粒子的制备：以三乙二醇为溶剂，以三价铁盐为铁源，在氢氧化钠和丙烯酸树脂(paa)存在时210-230℃下保温1-2h，得到fe3o4纳米粒子；

(2)fe3o4-pfr纳米粒子的制备：将步骤(1)中所述fe3o4纳米粒子与六亚甲基四胺(hmt)和苯酚溶液混合，放入高压反应釜中加热到150-170℃，保温反应5-7h，洗涤，烘干研磨得到粉末状的核壳型fe3o4-pfr纳米粒子；

(3)羧基化fe3o4-pfr纳米粒子的制备：依次用聚苯乙烯磺酸钠(pss)、聚乙烯亚胺(pei)和聚苯乙烯磺酸钠(pss)对fe3o4-pfr纳米粒子层层组装，在fe3o4-pfr纳米粒子壳层外引入羧基官能团，得到羧基化fe3o4-pfr纳米粒子；

(4)末端氨基化聚乙二醇修饰的fe3o4-pfr纳米粒子的制备：2-(n-吗啡啉)乙磺酸(mes)缓冲液中，在1-(3-二甲基氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺(edc)和羟基丁二酰亚胺(nhs)作用下，将末端氨基化聚乙二醇通过酰胺键缩合到步骤(3)中所述羧基化fe3o4-pfr纳米粒子的表面，得到末端氨基化聚乙二醇修饰的fe3o4-pfr纳米粒子；

(5)氧化石墨烯(go)的制备：采用hummer法制备氧化石墨烯；

(6)羧基化氧化石墨烯的制备：通过二氯乙酸和氢氧化钠作用，将步骤(5)中所述氧化石墨烯羧基化，得到羧基化氧化石墨烯；

(7)fe3o4-pfr负载氧化石墨烯复合材料的制备：2-(n-吗啡啉)乙磺酸(mes)缓冲液中，在1-(3-二甲基氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺(edc)和羟基丁二酰亚胺(nhs)作用，将步骤(4)中所述末端氨基化聚乙二醇修饰的fe3o4-pfr纳米粒子负载到羧基化的氧化石墨烯表面，得到fe3o4-pfr负载氧化石墨烯复合材料。

本发明所述的酚醛树脂为基质的磁荧光复合材料的制备方法，其中，步骤(1)fe3o4纳米粒子的制备具体为：将2-4mmol丙烯酸树脂(paa)和0.3-0.5mmolfecl3溶于16-19ml的三乙二醇中，氮气保护下加热到200-230℃保温0.3-0.5h，得到溶液a；将40-60mmolnaoh溶于16-19ml三乙二醇中，氮气保护下加热到100-120℃保温0.5-1h后冷却到60-80℃，得到溶液b；将1-2ml所述溶液b逐滴注射到所述溶液a中，加热到210℃保温1h，洗涤，干燥，得到fe3o4纳米粒子；所述fe3o4纳米粒子的粒径为20-25nm。

本发明所述的酚醛树脂为基质的磁荧光复合材料的制备方法，其中，步骤(2)中fe3o4-pfr纳米粒子的制备具体为：将0.5-3.0mg步骤(1)中所述fe3o4纳米粒子与1.5-2.5mg六亚甲基四胺(hmt)，0.5-1.5ml0.08-0.12mol/l苯酚溶液混合，放入聚四氟乙烯高压反应釜中加热到160℃，保温反应6h，洗涤，烘干研磨得到粉末状的核壳型fe3o4-pfr纳米粒子。

本发明所述的酚醛树脂为基质的磁荧光复合材料的制备方法，其中，步骤(3)中羧基化fe3o4-pfr纳米粒子的制备具体为：在40-55mg中所述fe3o4-pfr纳米粒子中加入0.8-1.2ml8-12mmol/l氯化钠和1.5-2.5mlpss，混合均匀后静置0.4-0.6h后离心，去离子水清洗；然后再加入0.8-1.2ml8-12mmol/l氯化钠和1.5-2.5mlpei，混合均匀后静置0.4-0.6h后离心，去离子水清洗；最后再加入0.8-1.2ml8-12mmol/l氯化钠和1.5-2.5mlpss，混合均匀后静置0.4-0.6h后离心，去离子水清洗；得到羧基化fe3o4-pfr纳米粒子。

本发明所述的酚醛树脂为基质的磁荧光复合材料的制备方法，其中，步骤(4)末端氨基化聚乙二醇修饰的fe3o4-pfr纳米粒子的制备具体为：将40-55mg步骤(3)中所述羧基化fe3o4-pfr纳米粒子和65-75mg末端氨基化聚乙二醇(nh2-peg)超声分散到5-7ml水中，加入0.08-0.12mol/l2-(n-吗啡啉)乙磺酸(mes)缓冲液调节ph值为4.5-5.0，再加入0.08-0.12mol羟基丁二酰亚胺(nhs)和0.15-0.22mol1-(3-二甲基氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺(edc)，室温下搅拌反应3-5h，离心，去离子水清洗，通过羧基和氨基的缩合反应，得到末端氨基化聚乙二醇修饰的fe3o4-pfr纳米粒子；

本发明所述的酚醛树脂为基质的磁荧光复合材料的制备方法，其中，步骤(7)中fe3o4-pfr负载氧化石墨烯复合材料的制备具体为：将20-30mg步骤(4)中所述末端氨基化聚乙二醇修饰的fe3o4-pfr纳米粒子和30-50mg步骤(6)中所述羧基化氧化石墨烯超声分散到5-7ml水中，加入0.08-0.12mol/l2-(n-吗啡啉)乙磺酸(mes)缓冲液调节ph值为4.5-5.2，再加入0.08-0.12mol羟基丁二酰亚胺(nhs)和0.15-0.22mol1-(3-二甲基氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺(edc)，室温下搅拌反应4-5h，自然沉降沉淀收集后，用去离子水清洗，得到fe3o4-pfr负载氧化石墨烯复合材料。

本发明所述的酚醛树脂为基质的磁荧光复合材料的应用，包括以下步骤：

(a)将浓度为2×10⁵hela细胞种植在6孔板上并在培养箱中于37-38℃下孵化24-26h后，将含量为50-90μg/l的fe3o4-pfr负载氧化石墨烯复合材料与hela细胞共培养4-6h，然后移除介质并用磷酸盐缓冲溶液(pbs)洗涤多次；

(b)然后，分别在每个孔中加入0.15-0.2ml胰蛋白酶和0.7-0.9mldmem培养基终止细胞生长，并将培养基和细胞混合液转移至5-7ml离心管中，分别用808光源激光辐射离心管1-5min；

(c)最后，将近红外光辐射过的细胞和培养基混合液转移入到96孔板中，在培养箱中继续培养24-26h，采用酶标仪检测细胞的成活率。

本发明有益效果：

本发明所述的酚醛树脂为基质的磁荧光复合材料，由于氧化石墨烯与pfr之间连接有聚乙二醇，所以磁荧光复合材料仍保留苯酚强的荧光性能，此外，将fe3o4-pfr纳米粒子负载到氧化石墨烯表面，赋予该复合材料好的磁分离和光热转换性能，所以磁荧光复合材料具有优良的荧光、磁性和光热转换性能。

本发明所述的酚醛树脂为基质的磁荧光复合材料的制备方法，通过高温油相反应，制备fe3o4纳米粒子；然后混合fe3o4、六亚甲基四胺和苯酚，水热反应制备核壳结构fe3o4-pfr纳米粒子；再通过在fe3o4-pfr纳米粒子壳层表面层层修饰pei和pss等聚合物，将末端氨基化修饰聚乙二醇负载到在fe3o4-pfr纳米粒子表面。通过edc和nhs的偶联，将末端氨基化的聚乙二醇修饰的fe3o4-pfr纳米粒子负载到经过二氯乙酸羧基化的氧化石墨烯纳米片层表面。由于聚乙二醇的存在，增大了fe3o4-pfr纳米粒子与氧化石墨烯之间的距离，保留了fe3o4-pfr纳米粒子部分荧光特性，从而制备了具有强磁性和荧光性能的酚醛树脂为基质的磁荧光复合材料。

本发明所述的酚醛树脂为基质的磁荧光复合材料的制备方法，将1-2ml所述溶液b逐滴注射到所述溶液a中，加热到210℃保温1h，得到fe3o4纳米粒子的方法使制备的fe3o4粒径较小，分散性好，不易沉降。

本发明所述的酚醛树脂为基质的磁荧光复合材料的制备方法，步骤(2)中fe3o4-pfr纳米粒子的制备具体为：将0.5-3.0mg步骤(1)中所述fe3o4纳米粒子与1.5-2.5mghmt，0.5-1.5ml0.08-0.12mol/l苯酚溶液混合，放入聚四氟乙烯高压反应釜中加热到160℃，保温反应6h，制备的fe3o4-pfr纳米粒子形状和粒径均一，粒径可控且具荧光性能和磁性能。

本发明所述的酚醛树脂为基质的磁荧光复合材料的制备方法，将20-30mg端氨基化聚乙二醇修饰的fe3o4-pfr和30-50mg羧基化氧化石墨烯混合反应，反应过程中保持羧基化氧化石墨烯过量，能将尽可能多的fe3o4-pfr纳米粒子负载到氧化石墨烯上，使制备的磁荧光复合材料具有荧光/磁分离和光热转换性能。

本发明所述的酚醛树脂为基质的磁荧光复合材料的应用，应用于细胞成像和hela细胞的光热治疗中，在近红外光的辐射下，所述的酚醛树脂为基质的磁荧光复合材料能够有效的杀死hela细胞，具有良好的生物相容性和光热治疗效果。

附图说明

图1为本发明所述的酚醛树脂为基质的磁荧光复合材料的制备方法的流程图；

图2a为实施例1中fe3o4-pfr纳米粒子扫描电子显微镜(sem)照片；

图2b为实施例1中fe3o4-pfr纳米粒子透射电子显微镜(tem)照片；

图2c为实施例1-6中fe3o4-pfr纳米粒子水溶胶照片；

图2d为实施例1-6中fe3o4-pfr纳米粒子荧光照片；

图3a为实施例1中fe3o4-pfr负载氧化石墨烯复合材料的扫描电子显微镜(sem)照片；

图3b为实施例1中fe3o4-pfr负载氧化石墨烯复合材料的透射电子显微镜(tem)照片；

图3c为实施例1中fe3o4-pfr负载氧化石墨烯复合材料在明场下的光学性能图；

图3d为实施例1中fe3o4-pfr负载氧化石墨烯复合材料在暗场下的光学性能图；

图4为实施例1中fe3o4-pfr负载氧化石墨烯复合材料在室温下的磁化曲线图；

图5为实施例1中不同浓度fe3o4-pfr负载氧化石墨烯复合材料对于hela细胞的生物毒性示意图；

图6为实施例1中不同浓度fe3o4-pfr负载氧化石墨烯复合材料对于hela细胞的光热治疗效果图。

下面将结合具体实施例和附图对本发明作进一步说明。

具体实施方式

实施例1

如图1所示，一种酚醛树脂为基质的磁荧光复合材料，所述磁荧光复合材料由氧化石墨烯及负载在所述氧化石墨烯表面的fe3o4-pfr纳米粒子组成，在fe3o4-pfr纳米粒子负载到所述氧化石墨烯表面前，预先依次用聚苯乙烯磺酸钠(pss)、聚乙烯亚胺(pei)和pss进行羧基化并通过末端氨基化聚乙二醇修饰。

本实施例所述的酚醛树脂为基质的磁荧光复合材料的制备方法，包括以下步骤：(1)fe3o4纳米粒子的制备：将4mmol丙烯酸树脂(paa)和0.4mmolfecl3溶于17ml的三乙二醇中，氮气保护下加热到220℃保温0.5h，得到溶液a；将50mmolnaoh溶于17ml三乙二醇中，氮气保护下加热到120℃保温1h后冷却到70℃,得到溶液b；将1.5ml所述溶液b逐滴注射到所述溶液a中，加热到210℃保温1h，洗涤，干燥，得到fe3o4纳米粒子；所述fe3o4纳米粒子的粒径为20-25nm；

(2)fe3o4-pfr纳米粒子的制备：将2.0mg步骤(1)中所述fe3o4纳米粒子与2mg六亚甲基四胺(hmt)和1ml0.1mol/l苯酚溶液混合，放入聚四氟乙烯高压反应釜中加热到160℃，保温反应6h，洗涤，烘干研磨得到粉末状的核壳型fe3o4-pfr纳米粒子；

(3)羧基化fe3o4-pfr纳米粒子的制备：依次用聚苯乙烯磺酸钠(pss)、聚乙烯亚胺(pei)和pss对fe3o4-pfr纳米粒子层层组装，在步骤(2)中所述fe3o4-pfr纳米粒子壳层外引入羧基官能团，制备方法为在50mg所述fe3o4-pfr纳米粒子中加入1ml10mmol/l氯化钠和2mlpss，混合均匀后静置0.5h后离心，去离子水清洗；然后再加入1ml10mmol/l氯化钠和2mlpei，混合均匀后静置0.5h后离心，去离子水清洗；最后再加入1ml10mmol/l氯化钠和2mlpss，混合均匀后静置0.5h后离心，去离子水清洗；得到羧基化fe3o4-pfr纳米粒子；

(4)末端氨基化聚乙二醇修饰的fe3o4-pfr纳米粒子的制备：将50mg步骤(3)中所述羧基化fe3o4-pfr纳米粒子和70mg末端氨基化聚乙二醇(nh2-peg)超声分散到7ml水中，加入0.1mol/l2-(n-吗啡啉)乙磺酸(mes)缓冲液调节ph值为5.0，再加入0.1mol羟基丁二酰亚胺(nhs)和0.2mol1-(3-二甲基氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺(edc)，室温下搅拌反应4h，离心，去离子水清洗，通过羧基和氨基的缩合反应，将末端氨基化聚乙二醇修饰到fe3o4-pfr纳米粒子表面，得到末端氨基化聚乙二醇修饰的fe3o4-pfr纳米粒子；

(5)氧化石墨烯(go)的制备：采用hummer法制备氧化石墨烯；在冰浴中，将100g片状石墨粉(325目)和50g硝酸钠加入到2.3l浓硫酸中混合均匀，在搅拌中缓慢加入300g高锰酸钾反应30min后，移除冰浴，升温至35±3℃，缓慢加入4.6l去离子水，升温至98℃继续反应15min，混合物由棕褐色变成亮黄色；加入3％的双氧水以减少残余高锰酸盐和二氧化锰；再用14l去离子水洗涤滤饼三次后，将氧化石墨烯分散在32l去离子水中，并通过半透膜离子交换去除剩余金属盐杂质，离心干燥得到氧化石墨烯；

(6)羧基化氧化石墨烯的制备：将5mg步骤(5)中制备的氧化石墨烯用去离子水烯稀释至浓度为2mg/ml，然后超声1h至氧化石墨烯溶液变澄清；将1.2g氢氧化钠和1.0g氯乙酸加入到所述氧化石墨烯溶液中超声1-3h，以使所述氧化石墨烯溶液表面的羟基官能团能够和氯乙酸中的醋酸根相互交联形成go-cooh，使go-cooh溶液变为中性，过滤，洗涤，得到羧基化氧化石墨烯；

(7)fe3o4-pfr负载氧化石墨烯复合材料的制备：将30mg步骤(4)中所述末端氨基化聚乙二醇修饰的fe3o4-pfr纳米粒子和40mg步骤(6)中所述羧基化氧化石墨烯超声分散到7ml水中，加入0.1mol/l2-(n-吗啡啉)乙磺酸(mes)缓冲液调节ph值为4.5，再加入0.1molnhs和0.2moledc，室温下搅拌反应4h，自然沉降沉淀收集后，用去离子水清洗4次，得到fe3o4-pfr负载氧化石墨烯复合材料。

本实施例所述的酚醛树脂为基质的磁荧光复合材料的应用，包括以下步骤：

(b)将浓度为2×10⁵hela细胞种植在6孔板上并在培养箱中于37℃下孵化24h后，将含量分别为50μg/l，60μg/l，70μg/l，80μg/l和90μg/l的fe3o4-pfr负载氧化石墨烯复合材料与hela细胞共培养6h，然后移除介质并用磷酸盐缓冲溶液(pbs)洗涤多次，磷酸盐缓冲溶液ph值为7.4；

(b)然后，分别在每个孔中加入0.2ml胰蛋白酶和0.8mldmem培养基终止细胞生长，并将培养基和细胞混合液转移至7ml离心管中，分别用808nm激光光源辐射辐射离心管1-5min；

(c)最后，将近红外光辐射过的细胞和培养基混合液转移入到96孔板中，在培养箱中继续培养24h，采用酶标仪检测细胞的成活率。

实施例2

一种酚醛树脂为基质的磁荧光复合材料，所述磁荧光复合材料由氧化石墨烯及负载在所述氧化石墨烯表面的fe3o4-pfr纳米粒子组成，在fe3o4-pfr纳米粒子负载到所述氧化石墨烯表面前，预先依次用pss、pei和pss进行羧基化并通过末端氨基化聚乙二醇修饰。

本实施例所述的酚醛树脂为基质的磁荧光复合材料的制备方法，除步骤(1)中将1.5ml所述溶液b逐滴注射到所述溶液a中，加热到230℃保温2h，步骤(2)中加入的所述fe3o4纳米粒子为0.5g外，其它同实施例1。