多功能磁性纳米材料的制备、表征及性能研究

来源 :南开大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:zhongqiangcumt
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随着纳米生物技术的发展,功能性纳米材料正广泛受到人们的关注,特别是对磁性纳米材料的探索,使纳米材料在生物标记、生物分子的分离、磁共振成像和药物靶向释放等方面具有广泛的应用前景。磁性氧化铁纳米粒子具有制备工艺简单、价格低廉、饱和磁性强度高等特点,同时对人体不产生毒副作用,无免疫原性,可随代谢排出体外,已成为超顺磁性纳米粒子中的研究热点。大分子聚合物包覆的超顺磁性氧化铁纳米粒子既能防止其聚集一使其在载液中稳定存在,又能利用聚合物上的功能基团实现纳米粒子的功能性,使其在生物医药领域有着广泛的应用前景。   本论文作为课题组多功能药物研究的一个组成部分,围绕着制备多功能磁性纳米材料展开,分别设计合成了共价键连药物一甲氨蝶呤(MTX)、功能分子一叶酸(FA)和透膜肽(Tat)、荧光物质一异硫氰酸荧光素(FITC)的聚乙二醇一聚丙烯酸甘油单酯共聚物,以及聚乙二醇单甲醚一聚丙烯酸甘油单酯共聚物。研究了这些共聚物通过直接化学吸附方式包覆磁性Fe3O4纳米粒子,形成了表面带有药物或设计功能基修饰的磁性Fe3O4纳米粒子,并鉴定了其结构,评价了其作用机制。最后,通过设计细胞活性评价方法,初步验证了这种制备多功能磁性纳米粒子的方法是可行的。具体来说,有以下五个方面结果:   (1)设计合成了键连叶酸的聚丙烯酸甘油单酯FA-TEG-PGA,通过核磁共振氢谱(1H NMR)、紫外可见光谱(UV-vis)和高效液相(HPLC)分析证明了FA是通过共价键连到聚合物上,而并非是作为小分子杂质存在。根据相似的实验路线又分别合成了甲氨蝶呤功能化的聚丙烯酸甘油单酯(MTX-TEG-PGA)和异硫氰酸荧光素功能化的聚丙烯酸甘油单酯(FITC-TEG-PGA)。并通过紫外分光光度定量分析法计算出三种功能分子占整个聚合物的百分含量。   (2)利用PGA中l,2-二羟基能与Fe原子配位的性质,将FA-TEG-PGA通过直接化学吸附的方法包覆在磁性Fe304纳米粒子表面,形成了以Fe3O4为内核,FA-TEG-PGA为亲水外壳的复合磁性纳米粒子。透射电镜(TEM)、X一射线粉末衍射(XRD)和磁性分析(VSM)表明制各的氧化铁为超顺磁性Fe3O4纳米粒子。通过傅立叶红外光谱(FT-IR)、紫外可见光谱(UV-vis)、热重分析(TGA)、Zeta电位和动态光散射(DLS)分析、X.射线光电子能谱(XPS)对表面FA-TEG-PGA包覆的Fe3O4纳米粒子进行了系统的表征,证明了FA-TEG-PGA被成功地包覆在Fe3O4表面,估算了包覆的FA-TEG-PGA与Fe3O4的最大质量比,全面评价了FA-TEG-PGA包覆磁性Fe304纲米粒子的作用机制。最后证明了FA-TEG-PGA与Fe3O4之间是通过PGA中1,2-二羟基与Fe原子多齿螫合相互作用的。FA-TEG-PGA包覆的磁性Fe3O4纳米粒子分散液在10% NaCI或pH=1-12的水溶液中都能稳定存在,长时间放置不会影响其稳定性。   (3)合成了聚乙二醇单甲醚一聚丙烯酸甘油单酯共聚物MPEG2000-b-PGA,并用其作为相转移配体,通过配体交换将单层正辛胺包覆的γ-Fe2O3纳米粒子由甲苯相转移到水相中,形成了由PGA作为吸附链段,PEG作为包覆外层的稳定磁流体。由这种配体交换反应制备的磁性纳米粒子在生理的pH值下能够稳定存在。由于PEG是已知聚合物中对蛋白质或细胞吸附最小的聚合物,是被FDA批准的极少数能作为体内注射药用的一种合成聚合物,因此这种磁性纳米粒子表面包覆生物相容性聚合物(PEG)有助于其被应用到生物医药领域。   (4)为了制备表面修饰透膜肽Tat的磁性Fe3O4纳米粒子,设计并合成了一种马来酰亚胺端基功能化的聚合物MAL-TEG-PGA,它能通过马来酰亚胺端基与Tat反应。通过两条路线制备了表面Tat修饰的磁性Fe3O4纳米粒子:(a)MAL-TEG-PGA先键连Tat,再通过PGA直接化学吸附在Fe3O4表面;(b)MAL-TEG-PGA先通过PGA直接化学吸附在Fe3O4表面,马来酰亚胺端基伸展进入水相中与Tat键连。实验结果表明,路线(a)中包覆在Fe3O4纳米粒子上的聚合物马来酰亚胺端基完全被透膜肽Tat功能化。   (5)利用三种功能化聚合物(FA-TEG-PGA,FITC-TEG-PGA,MPEG350-PGA)混合包覆Fe3O4纳米粒子,通过细胞实验初步证明了表面修饰FA能够影响HeLa细胞摄取磁性纳米粒子。
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