專利名稱：一種醫藥用改性葡聚糖包覆磁性納米顆粒復合材料及其制備方法
技術領域：
本發明屬于生物醫學應用型無機先進納米材料制備工藝技術領域，特別涉及醫藥用改性葡聚糖包覆磁性納米顆粒復合材料及其制備方法。
背景技術：
鐵磁性物質的顆粒小于臨界尺寸時，外場產生的磁取向力不足以抵抗熱騷動的干擾，其磁化性質與順磁體相似，稱作超順磁性。臨界尺寸與溫度有關，例如球狀鐵粒在室溫的臨界半徑為12. 5納米，而在4. 2K時半徑為2. 2納米還是鐵磁性的。超順磁體的磁化曲線與鐵磁體不同，沒有磁滯現象。當去掉外磁場后，剩磁很快消失。具有超順磁性的四氧化三鐵納米顆粒經過適當的表面修飾后可被應用到生物活體內，如磁共振成像造影劑、組織修復、免疫分析、熱療、藥物輸送、細胞分離等。這些生物應用都要求納米顆粒粒徑小于lOOnm，并且粒徑分布足夠窄；另外還要求包覆在納米四氧化三鐵顆粒表面的表面活性劑必須是無毒的、生物相容性優良的，而且能夠靶向輸送到特定區域。這樣表面功能化的磁性顆粒才能同藥物、蛋白質、酶、抗體或核酸等特異性結合，進而在外磁場作用下同器官、組織、腫瘤發生作用。近年來，關于四氧化三鐵納米及系列鐵酸鹽顆粒合成和表面修飾的報道相當多 (SophieLaurent. Chemical Review, 2010,108，2064-2110)，各種合成方法(如大乳膠法、溶膠-凝膠法、前軀體水解或熱分解法、流動注射合成法、電噴射合成法等)和各種表面活性劑的使用在一定程度上解決了不少應用上的難題，其中最主要的是以油酸或油胺為表面活性劑高溫熱解的合成方法，但所得納米顆粒不能分散在水中進而限制其生物應用。為此，這些油溶性的納米顆粒不得不進行一系列的表面修飾來獲取水溶性和生物相容性，而這些表面修飾方法大多較復雜，試劑也較昂貴。因此發展新的合成方法，制備出顆粒尺寸分布窄、 結晶性好、磁性優良、無毒的四氧化三鐵超順磁性納米材料，進而發展更簡單有效的納米顆粒表面修飾方法，系統地研究納米材料表面化學與性能的關系，更好地引導我們去獲得具有特定尺寸、表面分子、性能的四氧化三鐵納米材料，這對最終實現納米材料在實際中的運用具有重要的指導意義。
發明內容
本發明的目的是提供一種醫藥用改性葡聚糖包覆磁性納米顆粒復合材料及其制備方法。使用本方法合成所需尺寸、結晶性和磁性優良、生物相容性良好，并可提供進一步生物偶聯基團的磁性納米顆粒，這一超順磁性材料在生物醫學領域，尤其作為磁共振成像造影劑，具有可預見的廣闊的應用前景。制備改性葡聚糖包覆四氧化三鐵磁性納米顆粒復合材料的具體制備步驟如下a.將0. 2-2. Og分子量為3000-100000的葡聚糖加入5_10ml去離子水中，攪拌加熱至50-10(TC使其完全溶解；
b.將0. 1-0. 6g NaIO4固體粉末溶于5_10ml去離子水中，待NaIO4完全溶解后倒入步驟a配制的葡聚糖溶液中，攪拌混合，溶液維持50-100°C 30-60min，溶液由無色轉變為紅棕色，最后變成淺黃色，此時停止加熱并加入5-10ml乙二醇，以NaOH調節pH至6_8 ；c.將 0. 1-1. Og FeCl3 · 6H20 和 0. 1-1. Og Fe (NH4) 2 (SO4) 2 · 6H20 加入 5-lOml 去離子水中，然后與步驟b所得溶液混合并轉移至反應釜中，攪拌1-2分鐘；d.將0. 1-1. Og NaOH溶于5_10ml去離子水，快速加入上述反應釜溶液中，繼續攪拌1-2分鐘；以不銹鋼套密封，100-200°C下反應2-20小時；冷卻后離心，棄上清液，收集下層固體，再用水溶解，加乙醇沉淀離心洗滌2-5次，最后將產物穩定分散在5-10ml去離子水中，即得改性葡聚糖包覆四氧化三鐵磁性納米顆粒復合材料。制備改性葡聚糖包覆鐵酸鹽磁性納米顆粒復合材料的具體制備步驟如下a.將0. 2-2. Og分子量為3000-100000的葡聚糖加入IOml去離子水中，攪拌加熱至50-10(TC使其完全溶解；b.將0. 1-0. 6g NaIO4固體粉末溶于5-lOml去離子水中，待NaIO4完全溶解后加入步驟a配制的葡聚糖溶液中，攪拌，溶液維持50-100°C 30-60min,溶液由無色轉變為紅棕色，最后變成淺黃色，此時停止加熱并加入5-10ml乙二醇，以NaOH調節pH至6_8 ；c.將 0. 1-1. Og FeCl3 · 6H20、0. 1-1. Og Fe (NH4) 2 (804) 2 · 6Η20 禾口 0. 1-1. Og 的 MnCl2 · 4H20、ZnCl2或CoCl2，一起溶于5_10ml去離子水中；然后與步驟b所得溶液混合并轉移至反應釜中，攪拌半分鐘；d.將0. 1-1. Og NaOH溶于5_10ml去離子水，快速加入上述反應釜溶液中，繼續攪拌1-2分鐘；以不銹鋼套密封，100-200°C下反應2-20小時；冷卻后離心，棄上清液，收集下層固體，再用水溶解，加乙醇沉淀離心洗滌2-5次，最后將產物穩定分散在5-10ml去離子水中，即得改性葡聚糖包覆鐵酸鹽磁性納米顆粒復合材料。所述的鐵酸鹽為MnFii2O4、CoFe2O4 或 S^e2O4。有益效果本發明的方法是在溶劑熱條件下進行的反應過程，制得一種醫藥用改性葡聚糖包覆磁性納米顆粒復合材料。本發明的磁性納米顆粒表面包覆氧化活化的葡聚糖，氧化后的葡聚糖產生大量羧基，部分羧基與納米顆粒鍵連，部分游離在顆粒外，用以偶聯抗體等生物分子。本發明得到的超順磁性納米顆粒粒徑可在5-lOnm范圍內有效調控，且粒徑分布均勻，顆粒結晶性、磁性良好，能在水中長期穩定，高濃度膠體至少5個月內不沉淀，親水性強、生物相容性極好，在生物磁分離、醫學診斷，尤其是作為磁共振成像造影劑具有重要的應用意義，并且合成成本相對低廉。
圖1 實施例1三個不同反應時間得到的改性葡聚糖包覆四氧化三鐵磁性納米顆粒復合材料的X射線衍射圖。圖2 實施例1反應10小時制得的改性葡聚糖包覆四氧化三鐵磁性納米顆粒復合材料的電子衍射花樣圖。圖3 實施例1反應5小時制得的改性葡聚糖包覆四氧化三鐵磁性納米顆粒復合材料的粒徑分布圖。圖4 實施例1反應10小時制得的改性葡聚糖包覆四氧化三鐵磁性納米顆粒復合材料的粒徑分布圖。圖5 實施例1反應15小時制得的改性葡聚糖包覆四氧化三鐵磁性納米顆粒復合材料的粒徑分布圖。圖6 實施例1反應5小時制得的改性葡聚糖包覆四氧化三鐵磁性納米顆粒復合材料的透射電鏡圖(左)和高分辨透射電鏡圖(右)。圖7 實施例1反應10小時制得的改性葡聚糖包覆四氧化三鐵磁性納米顆粒復合材料的透射電鏡圖(左)和高分辨透射電鏡圖(右)。圖8 實施例1反應15小時制得的改性葡聚糖包覆四氧化三鐵磁性納米顆粒復合材料的透射電鏡圖(左)和高分辨透射電鏡圖(右)。圖9 實施例1反應10小時制得的改性葡聚糖包覆四氧化三鐵磁性納米顆粒復合材料在磁場作用下狀態(左)和撤走磁場后狀態(右)。圖10 磁場作用下實施例2制備的改性葡聚糖包覆Mr^e2O4磁性納米顆粒復合材料(左)和實施例3制備的改性葡聚糖包覆Sii^2O4磁性納米顆粒復合材料(右)的狀態圖。圖11 紅外圖譜(a)純葡聚糖；(b)純葡聚糖包覆四氧化三鐵；(C)實施例1反應 10小時得到的改性葡聚糖包覆四氧化三鐵磁性納米顆粒復合材料。圖12 實施例1反應10小時得到的改性葡聚糖包覆四氧化三鐵磁性納米顆粒復合材料與不同濃度的熒光標記蛋白培養后熒光光譜圖。圖13 圖12中波長為698納米處不同濃度的熒光標記蛋白培養后的相應熒光強度。圖14 實施例1三個不同反應時間得到的改性葡聚糖包覆四氧化三鐵磁性納米顆粒復合材料的飽和磁化率。圖15 實施例1反應10小時得到的改性葡聚糖包覆四氧化三鐵磁性納米顆粒復合材料在不同介質中均能保持穩定(1)0. OlM PBS(2)0. IM PBS(3)5%葡聚糖(4)5% BSA(5) 1640(含10%胎牛血清)培養基(6)DMEM(含10%胎牛血清)培養基；圖a中!^e3O4 濃度為 0. 37mg/mL,圖 b 中！^e3O4 濃度為 1. 8%ig/mL。
具體實施例方式實施例1改性葡聚糖包覆四氧化三鐵磁性納米顆粒復合材料的合成a.將0. 5g分子量為40000的葡聚糖加入IOml去離子水中，攪拌加熱至50°C使其完全溶解；b.將0. 4g NaIO4固體粉末溶于7. 5ml去離子水中，待NaIO4完全溶解后倒入步驟 a配制的葡聚糖溶液中，攪拌混合，溶液維持85°C 30min,溶液由無色轉變為紅棕色，最后變成淺黃色，此時停止加熱并加入5ml乙二醇，以NaOH調節pH至7 ；c.將 0. 27g FeCl3 · 6H20 禾口 0. 784g Fe (NH4) 2 (SO4) 2 · 6H20 加入 IOml 去離子水中，
然后與步驟b所得溶液混合并轉移至反應釜中，攪拌半分鐘；d.將0. 6g NaOH溶于5ml去離子水，快速加入上述反應釜溶液中，繼續攪拌1分鐘；以不銹鋼套密封，160°C下反應5小時、10小時或15小時；冷卻后離心，棄上清液，收集下層固體，再用水溶解，加乙醇沉淀離心洗滌2次，最后將產物穩定分散在IOml去離子水中，即得三種反應時間分別為5小時、10小時、15小時的改性葡聚糖包覆四氧化三鐵磁性納米顆粒復合材料。氧化改性后的葡聚糖產生大量羧基，一方面可直接鍵合到納米顆粒表面，另一方面作為納米顆粒表面的伸出基團，大大增加其在水中的分散性和穩定性。制得的三種改性葡聚糖包覆四氧化三鐵磁性納米顆粒復合材料，其中四氧化三鐵納米顆粒的直徑約為8nm， 呈單晶顆粒分布。實施例2改性葡聚糖包覆Mr^e2O4磁性納米顆粒復合材料的合成a.將0. 5g分子量為40000的葡聚糖加入IOml去離子水中，攪拌加熱至50°C使其完全溶解；b.將0. 4g NaIO4固體粉末溶于7. 5ml去離子水中，待NaIO4完全溶解后加入步驟 a配制的葡聚糖溶液中，攪拌，溶液維持85°C 30min，溶液由無色轉變為紅棕色，最后變成淺黃色，此時停止加熱并加入5ml乙二醇，以NaOH調節pH至7 ；c.將 0. 27g FeCl3 · 6Η20、0· 397g Fe (NH4) 2 (SO4) 2 · 6H20 和 0. 198g MnCl2 · 4H20，溶于IOml去離子水中，然后與步驟b所得溶液混合并轉移至反應釜中，攪拌半分鐘；d.將0. 6g NaOH溶于5ml去離子水，快速加入上述反應釜溶液中，繼續攪拌1分鐘；以不銹鋼套密封，160°C下反應10小時；冷卻后離心，棄上清液，收集下層固體，再用水溶解，加乙醇沉淀離心洗滌3次，最后將產物穩定分散在IOml去離子水中，即得改性葡聚糖包覆Mr^e2O4磁性納米顆粒復合材料。實施例3改性葡聚糖包覆S^e2O4磁性納米顆粒復合材料的合成a.將0. 5g分子量為40000的葡聚糖加入IOml去離子水中，攪拌加熱至50°C使其完全溶解；b.將0. 4g NaIO4固體粉末溶于7. 5ml去離子水中，待NaIO4完全溶解后加入步驟 a配制的葡聚糖溶液中，攪拌，溶液維持85°C 30min，溶液由無色轉變為紅棕色，最后變成淺黃色，此時停止加熱并加入5ml乙二醇，以NaOH調節pH至7 ；c.將 0. 27g FeCl3 ·6Η20、0· 397g Fe (NH4) 2 (SO4) 2 ·6Η20 禾口 0. 136g ZnCl2 溶于 IOml 去離子水中，然后與步驟b所得溶液混合并轉移至反應釜中，攪拌半分鐘；d.將0. 6g NaOH溶于5ml去離子水，快速加入上述反應釜溶液中，繼續攪拌1分鐘；以不銹鋼套密封，160°C下反應10小時；冷卻后離心，棄上清液，收集下層固體，再用水溶解，加乙醇沉淀離心洗滌3次，最后將產物穩定分散在IOml去離子水中，即得改性葡聚糖包覆S^e2O4磁性納米顆粒復合材料。實施例4改性葡聚糖包覆四氧化三鐵磁性納米顆粒復合材料的合成a.將0. 5g分子量為3000的葡聚糖加入IOml去離子水中，攪拌加熱至50°C使其完全溶解；b.將0. 4g NaIO4固體粉末溶于7. 5ml去離子水中，待NaIO4完全溶解后倒入步驟 a配制的葡聚糖溶液中，攪拌混合，溶液維持85°C 30min,溶液由無色轉變為紅棕色，最后變成淺黃色，此時停止加熱并加入5ml乙二醇，以NaOH調節pH至7 ；c.將 0. 27g FeCl3 · 6H20 禾口 0. 784g Fe (NH4) 2 (SO4) 2 · 6H20 加入 IOml 去離子水中，
然后與步驟b所得溶液混合并轉移至反應釜中，攪拌半分鐘；d.將0. 6g NaOH溶于5ml去離子水，快速加入上述反應釜溶液中，繼續攪拌1分鐘；以不銹鋼套密封，160°C下反應5小時；冷卻后離心，棄上清液，收集下層固體，再用水溶解，加乙醇沉淀離心洗滌2次，最后將產物穩定分散在IOml去離子水中，即得改性葡聚糖包覆四氧化三鐵磁性納米顆粒復合材料。實施例5改性葡聚糖包覆四氧化三鐵磁性納米顆粒復合材料的合成a.將0. 5g分子量為20000的葡聚糖加入IOml去離子水中，攪拌加熱至50°C使其完全溶解；b.將0. 2g NaIO4固體粉末溶于7. 5ml去離子水中，待NaIO4完全溶解后倒入步驟 a配制的葡聚糖溶液中，攪拌混合，溶液維持85°C 30min,溶液由無色轉變為紅棕色，最后變成淺黃色，此時停止加熱并加入5ml乙二醇，以NaOH調節pH至8 ；c.將 0. 27g FeCl3 · 6H20 禾口 0. 784g Fe (NH4) 2 (SO4) 2 · 6H20 加入 IOml 去離子水中， 然后與步驟b所得溶液混合并轉移至反應釜中，攪拌半分鐘；d.將0. 6g NaOH溶于5ml去離子水，快速加入上述反應釜溶液中，繼續攪拌1分鐘；以不銹鋼套密封，160°C下反應10小時；冷卻后離心，棄上清液，收集下層固體，再用水溶解，加乙醇沉淀離心洗滌2次，最后將產物穩定分散在IOml去離子水中，即得改性葡聚糖包覆四氧化三鐵磁性納米顆粒復合材料。實施例6改性葡聚糖包覆四氧化三鐵磁性納米顆粒復合材料的合成a.將1. 5g分子量為80000的葡聚糖加入IOml去離子水中，攪拌加熱至80°C使其完全溶解；b.將0. 4g NaIO4固體粉末溶于7. 5ml去離子水中，待NaIO4完全溶解后倒入步驟 a配制的葡聚糖溶液中，攪拌混合，溶液維持85°C 30min,溶液由無色轉變為紅棕色，最后變成淺黃色，此時停止加熱并加入5ml乙二醇，以NaOH調節pH至6 ；c.將 0. 27g FeCl3 · 6H20 禾口 0. 784g Fe (NH4) 2 (SO4) 2 · 6H20 加入 IOml 去離子水中， 然后與步驟b所得溶液混合并轉移至反應釜中，攪拌半分鐘；d.將0. 6g NaOH溶于5ml去離子水，快速加入上述反應釜溶液中，繼續攪拌1分鐘；以不銹鋼套密封，160°C下反應15小時；冷卻后離心，棄上清液，收集下層固體，再用水溶解，加乙醇沉淀離心洗滌2次，最后將產物穩定分散在IOml去離子水中，即得改性葡聚糖包覆四氧化三鐵磁性納米顆粒復合材料。
權利要求
1.一種改性葡聚糖包覆四氧化三鐵磁性納米顆粒復合材料的制備方法，其特征在于， 其具體制備步驟如下a.將0.2-2. Og分子量為3000-100000的葡聚糖加入5_10ml去離子水中，攪拌加熱至 50-100°C使其完全溶解；b.將0.1-0.6g NaIO4固體粉末溶于5-10ml去離子水中，待NaIO4完全溶解后倒入步驟a配制的葡聚糖溶液中，攪拌混合，溶液維持50-100°C 30-60min,溶液由無色轉變為紅棕色，最后變成淺黃色，此時停止加熱并加入5-10ml乙二醇，以NaOH調節pH至6_8 ；c.將0. 1-1. Og FeCl3 · 6H20 和 0. 1-1. Og Fe (NH4) 2 (SO4) 2 · 6H20 加入 5-10ml 去離子水中，然后與步驟b所得溶液混合并轉移至反應釜中，攪拌1-2分鐘；d.將0.1-l.Og NaOH溶于5-10ml去離子水，快速加入上述反應釜溶液中，繼續攪拌1-2 分鐘；以不銹鋼套密封，100-200°C下反應2-20小時；冷卻后離心，棄上清液，收集下層固體，再用水溶解，加乙醇沉淀離心洗滌2-5次，最后將產物穩定分散在5-10ml去離子水中， 即得改性葡聚糖包覆四氧化三鐵磁性納米顆粒復合材料。
2.一種改性葡聚糖包覆鐵酸鹽磁性納米顆粒復合材料的制備方法，其特征在于，其具體制備步驟如下a.將0.2-2.Og分子量為3000-100000的葡聚糖加入IOml去離子水中，攪拌加熱至 50-100°C使其完全溶解；b.將0.1-0.6g NaIO4固體粉末溶于5-10ml去離子水中，待NaIO4完全溶解后加入步驟a配制的葡聚糖溶液中，攪拌，溶液維持50-100°C 30-60min，溶液由無色轉變為紅棕色， 最后變成淺黃色，此時停止加熱并加入5-10ml乙二醇，以NaOH調節pH至6_8 ；c.將0.1-1. Og FeCl3 · 6Η20、0· 1-1. Og Fe (NH4) 2 (SO4) 2 · 6Η20 和 0. 1-1. Og 的 MnCl2 · 4H20、ZnCl2或CoCl2，一起溶于5_10ml去離子水中；然后與步驟b所得溶液混合并轉移至反應釜中，攪拌半分鐘；d.將0.1-l.Og NaOH溶于5-10ml去離子水，快速加入上述反應釜溶液中，繼續攪拌1-2 分鐘；以不銹鋼套密封，100-200°C下反應2-20小時；冷卻后離心，棄上清液，收集下層固體，再用水溶解，加乙醇沉淀離心洗滌2-5次，最后將產物穩定分散在5-10ml去離子水中， 即得改性葡聚糖包覆鐵酸鹽磁性納米顆粒復合材料。
3.根據權利要求2所述的一種改性葡聚糖包覆鐵酸鹽磁性納米顆粒復合材料的制備方法，其特征在于，所述的鐵酸鹽為Mr^e2CV CoFe2O4或&ι ^204。
全文摘要
本發明公開了一種醫藥用改性葡聚糖包覆磁性納米顆粒復合材料及其制備方法，屬于生物醫學應用型無機先進納米材料制備工藝技術領域。本發明的方法是在溶劑熱條件下進行的反應過程，制備得到親水性強、生物親和性好、能用于抗體和細胞分離以及醫學核磁共振成像對比劑的四氧化三鐵及一系列鐵酸鹽納米顆粒，得到的顆粒在水中有很好的穩定性，高濃度膠體至少5個月內不沉淀，且納米顆粒粒徑分布均勻，合成成本相對低廉。
文檔編號A61K49/18GK102430130SQ20111037792
公開日2012年5月2日 申請日期2011年11月24日 優先權日2011年11月24日
發明者汪樂余, 黃盛 申請人:北京化工大學