高生物适应性GQD/Trolox复合材料的制备方法与流程

本发明属于有机材料技术领域,具体涉及高生物适应性gqd/trolox复合材料的制备方法。

背景技术：

纳米材料在各个领域都有着广泛的应用,其中纳米材料在生物方面的应用正在逐渐兴起。纳米尺度的材料具有粒径小,比表面积大的特点,量子效应支配着材料的物理化学性质。现在越来越多的实验开始证实,纳米材料并非全都是有益无害的,由于纳米材料的粒径非常小,它们和生物组织相互作用的可能性会大大增加,有一些微米尺度下无毒的材料到了纳米层级却会产生意想不到的毒副作用。lin用20nm左右的sio2纳米颗粒刺激人支气管癌原性细胞时发现这些细胞的发育能力随着刺激的量和时间的增加逐渐下降(toxicol.appl.pharmacol.2006,217,252–259.)。不仅对癌细胞,sio2纳米颗粒对一般的胚胎细胞干细胞也有着抑制作用。又如在无光活化的情况下,用纳米银颗粒来暴露大鼠的神经元细胞发现大鼠神经元细胞出现了体积缩小,形状不规整以及线粒体等细胞器功能丧失的情况(toxicologicalsciences,2006,92(2):456一463)。不仅在细胞层级上纳米材料表现出了不尽如人意的效果,在体外活体实验中也有大量的研究表示一定剂量的纳米材料也会产生明显的毒性,有学者在含有聚四氟乙烯(ptfe)纳米颗粒的环境下饲养大鼠,当空气中的聚四氟乙烯的尺寸达到20nm的时候,老鼠出现了大量的死亡现象,但聚四氟乙烯纳米粒子的尺寸达到130nm后,大鼠的死亡率有了明显的下降(science,2003,300(11):243),后续的实验也表明,纳米材料的生物副作用不能一概而论,同样的纳米材料对于不同的生物个体也可能产生不一样的影响。

量子点作为一种特殊的纳米材料,其优异的物理化学性质正在吸引广大科研工作者的注意,同样,量子点应用到生物领域也面临着纳米毒副作用这一壁垒。现阶段用来解决纳米材料毒副作用的方式是将量子点做成“核壳结构”。所谓“核壳”结构就是就是在量子点表面包覆上保护性的材料或者连接上修饰性具有生物适应性的物质,诸如sio2,zns,peg等稳定且具有生物适应性的材料。有一些量子点本身具有毒性,研究较多的主要体现在含有cd,te的量子点(derfusetal.2004),cd量子点具有良好的荧光能力但本身具有剧毒,即使有外壳的包裹,被溶酶体降解后依然能泄露出去,对细胞造成威胁。这限制了cd量子点在生物医学中的发展,kirchner和他的研究团队(nanoletters,2005,5(2):331-338.)试着定量分析包裹着巯基丙酸或者亲水性聚合物的cdse和cdse/zns对细胞的毒性。他们发现大部分被细胞摄入的纳米粒子都堆积在近核的囊泡中,唯一不同的是peg硅烷修饰的量子点摄入量和大小有关,发绿色荧光的粒子无法进入细胞,而粒径更大的红色荧光的量子点却能进入细胞。实验结果表明,对于mpa包裹的cdse/zns量子点,浓度达到5um左右时就会对细胞造成损伤,而peg硅烷修饰的c/z量子点要到30um才会显现出毒性,研究表明,不同的表面修饰对量子点的毒性有着很大的影响。hoshino和他的研究团队通过一系列的化学手段制备了cdse@zns以及qd-cooh,qd-nh2,qd-oh,qd-nh2/oh量子点用来刺激vero细胞,最后发现相比材料本身具有的毒性而言,量子点表面的基团以及修饰的方式才是决定量子点材料毒性的元素(nanoletters,2004,4(11):2163-2169)。chang提出,事实上对量子点表面修饰上生物适应性的材料一定程度上限制了细胞对量子点的摄取。为了限制细胞内吞,在4℃条件下,实验采用的peg-cdse和裸cdse量子点对细胞存活率的影响是一致的,高浓度下也能检测到细胞毒性,表明量子点与细胞膜的相互作用给也在一定程度上引起细胞死亡,他们认为,细胞内吞过程中溶酶体对量子点的降解会对细胞产生影响。总而言之,对量子点的表面修饰是解决量子点毒性的关键环节也是必经之路。

且目前普遍采取的方式是制备“核壳结构”的量子点,实验条件苛刻,通常需要用到强酸强碱等材料,并且最后得到的材料“外壳“的厚度难以控制,可能会对最后量子点的荧光性能产生很大的影响,得不偿失。

因此,如何找到简便快捷不对量子点本身性能产生影响并且有着良好生物适应性的量子点修饰方法是该研究领域亟待解决的技术难题。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是针对现有技术中存在的上述不足,提供一种高分散性且具有高生物适应性的gqd/trolox复合材料及其制备方法。gqd/trolox复合材料生物适应性高,所需制备工艺简单,能够实现快速便捷生产。

高生物适应性gqd/trolox复合材料,包括石墨烯量子点gqd和修饰在石墨烯量子点gqd上的trolox。

一种高生物适应性gqd/trolox复合材料的制备方法,包括以下步骤:

1)在紫外照射条件下制备无菌高纯石墨烯量子点溶液和无菌trolox无水乙醇溶液；

2)将步骤1)所得的石墨烯量子点溶液和trolox溶液按一定比例混合搅拌；

3)控温搅拌,超声,洗涤,透析,冷冻干燥得到trolox修饰的石墨烯量子点。

按上述方案,石墨烯量子点的尺寸为10nm～15nm左右。

按上述方案,步骤1)所述紫外照射的功率为125-200w。

按上述方案,所述无菌高纯石墨烯量子点溶液的制备:取石墨烯量子点紫外照射预杀菌,加无菌水高频超声,在紫外照射的条件下透析除杂,得到纯化后的石墨烯量子点溶液,然后冷冻干燥得到粉末,用无菌去离子水配制成无菌高纯石墨烯量子点溶液,待用。

按上述方案,所述的透析除杂为用5000～10000da的透析膜透析去除残余酸碱杂质。

按上述方案,所述无菌trolox无水乙醇溶液的制备：取trolox粉末紫外照射，加无水乙醇定容后高频超声,得无菌trolox无水乙醇溶液,待用。

按上述方案,所述的高频超声功率为300-400w。

按上述方案,所述无菌石墨烯量子点溶液的浓度为0.8-1.2mg/ml，无菌trolox无水乙醇溶液的浓度为0.8-1.2mg/ml；所述无菌石墨烯量子点溶液与无菌trolox无水乙醇溶液体积比为2～3:1。

按上述方案,步骤3)所述搅拌温度在50～80℃，搅拌速度在500～800rpm，搅拌时间在4～6h

按上述方案,步骤3)所述超声功率在50～200w。

按上述方案,步骤3)所述透析为放入透析袋中透析，透析时间为2-3天，透析袋的孔道大小应在5000～10000da。

本发明原理为:本发明首先采用物理吸附的方法将石墨烯量子点和trolox进行复合,由于石墨烯量子点拥有很大的比表面积,表面相对原子数的增多导致原子的配位不足,不饱和键和悬键变多,这些原子极不稳定,很容易与其他原子结合。通过分子间的范德华力的作用,石墨烯量子在溶液中能与trolox很好地连接在一起。

本发明的有益效果在于:

1)与化学修饰相比,本发明以最简单的成本和操作方法将石墨烯量子点和trolox进行了复合；制备的gqd/trolox复合物结合稳定,粒径分散均匀,且处理方法简单、高效，得到的gqd/trolox复合材料具有很好的生物适应性。

2)本发明方法使用的原料均比较环保,使用的设备和材料均为常见物品,没有使用硫酸氢氧化钠等强酸强碱等腐蚀材料,没有使用有毒有害的有机表面活性剂和添加剂,安全环保,符合绿色合成的制备理念。

附图说明

图1为本发明实施例1所制备的gqd/trolox复合材料的tem图；

图2为本发明实施例1所用gqd的荧光光谱图；

图3为本发明实施例1所制备的gqd/trolox复合材料的荧光光谱图；

图4为实施例1所制备的gqd/trolox复合材料的ft-ir照片；

图5为实施例1所制备的gqd/trolox复合材料的cck8测试结果；

图6为实例1所制备的gqd/trolox复合材料孵育细胞48小时和72小时后在细胞内的荧光结果。

具体实施方式

下面结合实施例及附图对本发明作进一步说明,但不限定本发明。

实施例1

制备无菌溶液步骤:

制备无菌高纯石墨烯量子点溶液:取10mg石墨烯量子点紫外照射2天,加9.8ml无菌水定容后300w高频超声。在紫外照射的条件下用1wda的透析膜透析得到石墨烯量子点溶液,冷冻干燥得到粉末,用无菌去离子水配制成1mg/ml的无菌高纯石墨烯量子点溶液,待用。

取10mgtrolox粉末,紫外照射2天。加9.8ml无水乙醇定容后300w高频超声,得无菌trolox无水乙醇溶液,待用。

制备gqd/trolox复合材料步骤:取得到的石墨烯量子点溶液与trolox溶液按按2:1混合在80℃下搅拌混合,80w的功率低频超声后用1wda透析膜透析后冷冻干燥得到gqd/trolox复合材料,搅拌的转速为800rpm,搅拌时间为4h。

实施例2

制备无菌溶液步骤:

制备无菌高纯石墨烯量子点溶液:取10mg石墨烯量子点紫外照射2天,加9.8ml无菌水定容后400w高频超声。在紫外照射的条件下用8000da的透析膜透析得到石墨烯量子点溶液,冷冻干燥得到粉末,用无菌去离子水配制成1mg/ml无菌高纯石墨烯量子点溶液,待用。

取10mgtrolox粉末,紫外照射2天。加9.8ml无水乙醇定容后400w超声,得无菌trolox无水乙醇溶液,待用。

制备gqd/trolox复合材料步骤:取得到的石墨烯量子点溶液与trolox溶液按按3:1混合在50℃下搅拌混合,150w的功率低频超声后用8000da透析膜透析后冷冻干燥得到gqd/trolox复合材料,搅拌的转速为700rpm,搅拌时间为5h。

如图1所示,对本发明实施例1得到的gqd/trolox复合材料进行透射电镜分析(tem)分析得,由图可见,trolox修饰过的gqd粒径在12nm左右。且分散性良好。

图2为对本发明实施例1中所用石墨烯量子点的荧光光谱图(pl)。由pl图谱看出在430nm波长的激发光下出现了发射峰,且相对光强在980左右。

图3为对本发明实施例1得到的gqd/trolox复合材料的荧光光谱图(pl)。由pl图谱看出在430nm波长的激发光下出现了有发射峰,且相对光强在775左右。这表明复合后量子点的荧光性能相对于裸石墨烯量子点得到了很好的保证。

图4是对本发明实施例1得到的gqd/trolox复合材料的傅里叶红外光谱测试分析(ft-ir)。由该图可见,在2900nm^-1位置上存在着甲基的伸缩振动峰,这表明trolox已经成功地修饰在了石墨烯量子点表面。

图5是对本发明实施例1得到的gqd/trolox复合材料的细胞毒性测试分析图(cck8)。由此图可见,相比裸gqd,修饰后的石墨烯量子点刺激细胞三天后对细胞存活率的提高有着明显的作用。

图6是刺激修饰后石墨烯量子点孵育细胞2天和3天后在细胞内的荧光图像。由图可见，三天内细胞的形态没有明显的变化，量子点在细胞内依然有着明显的荧光效果。a,b为gqd/trolox孵育细胞48h的荧光图像，(a,b为同一位置的相差图像)；c,d为72小时的荧光图像(c,d为同一位置的相差图像)。