專利名稱：一種油溶性納米粒子疊氮功能化的方法
技術領域：
本發明涉及一種油溶性納米粒子疊氮功能化的新方法，屬于化學及材料科學領 域。
背景技術：
納米粒子是指尺度在1 lOOnm之間的微粒，處在原子簇和宏觀物體交界的過渡 區域。當微粒尺寸進入納米量級時，就從量變到質變，其力學、熱學、電學、磁學和光學性質 發生根本性變化。納米粒子的尺寸小，表面積大，位于表面的原子占很大比例。表面的原子 具有不飽和的懸掛鍵，性質很不穩定，這使納米粒子的活性大大增加。例如金屬納米粒子在 空氣中能燃燒，無機材料的納米粒子能吸附環境中的氣體并與之反應。普通大塊晶體內含 有大量原子(或原胞)，其能帶中的能級間距很小，呈準連續結構(見能帶理論)。納米粒 子只包含有限數的原胞，這使能級間距增大，能帶將分裂成離散能級。當能級間距大于通常 的熱、電、光的作用能量時，量子效應將顯著地改變其各方面的物理性質。納米粒子具有傳 統固體所不具備的許多特殊性質，可以概括為以下三個效應表面效應、小尺寸效應和宏觀 量子隧道效應。近年來，因其獨特的性質，以金納米粒子、半導體熒光量子點和磁性納米粒子為代 表的納米材料在生命科學領域的應用逐漸成為研究熱點。由于高質量、粒徑均一的納米粒 子大都在有機相中制備，表面配體為長鏈烷烴類化合物，在水溶液中無法分散。故如何將這 類油溶性的納米粒子進行表面修飾，使其轉移到水相并帶上功能基團，成為其應用于生物 醫學等領域的一個亟待解決的難題。目前，油溶性納米粒子修飾的主要策略是通過配體交換或者雙親性聚合物疏水作 用修飾，使納米粒子水溶化并帶上羧基。納米粒子表面的羧基可通過1-乙基-3_(3-二甲基 氨丙基)碳二亞胺(EDC)活化，與生物分子中常見的氨基發生縮合反應，使得納米粒子與生 物分子偶聯起來。但是，EDC偶聯法對納米粒子在高鹽條件下的穩定性要求較高，故迫切需 要發展非羧基化的納米粒子功能化新方法，在不使用EDC的條件下用于與生物分子偶聯。
發明內容
本發明的目的在于，針對上述不足提供一種油溶性納米粒子疊氮功能化的方法。為實現上述目的，本發明首先提供一種疊氮化辛胺聚丙烯酸，其是一種帶有疊氮 基團的兩親性聚丙烯酸接枝聚合物，具有下述式(I)的結構 其中n為大于1的整數，優選為12 14。本發明油溶性納米粒子疊氮功能化的方法是采用上述疊氮化辛胺聚丙烯酸修飾 油溶性納米粒子，使其水溶性化并帶上疊氮功能基團。具體可以將油溶性納米粒子和疊氮 化辛胺聚丙烯酸在溶劑中攪拌均勻，使油溶性納米粒子表面疊氮功能化，所述溶劑是非極 性溶劑，例如氯仿。所述油溶性納米粒子，通常是在油相中制得，其易溶于油，例如表面包覆有長鏈烷 烴類配體的納米粒子，所述長鏈烷烴通常是指鏈長大于八個碳原子的烷烴，然而，本發明的 油溶性納米粒子并不局限于此。上述修飾通是過疏水相互作用修飾，因而，油溶性的納米粒 子均可以用疊氮化辛胺聚丙烯酸修飾。在本發明的一個實施方案中，將疊氮化辛胺聚丙烯酸，溶于十二胺包覆的油溶性 金納米粒子氯仿溶液，混勻后蒸干，再用0. 05mol/L的氫氧化鈉溶液溶解，得紅色澄清溶 液，用截留分子量(MWCO) lOOKDa的超濾管在12000rmp/3min條件下超濾6次，溶于超純水， 得到疊氮功能化金納米粒子。本發明的目的還在于提供上述方法制得的納米粒子。這種納米粒子的表面帶有疊 氮功能基團，能在溫和條件下通過點擊化學反應與炔基化生物分子發生偶聯。例如，本發明 實施例采用點擊化學反應將其與辣根過氧化酶偶聯。本發明的目的還在于提供一種制備疊氮化辛胺聚丙烯酸的方法，其包括如下步 驟將疊氮化鈉與氯丙胺反應，得到疊氮丙胺；將聚丙烯酸、辛胺以及疊氮丙胺溶于N，N-二 甲基甲酰胺，加入1-乙基-3-(3-二甲基氨丙基)碳二亞胺，在常溫下回流充分反應，得疊 氮化鈉與氯丙胺。具體可采用如下方法進行(1)疊氮丙胺的合成稱取6g疊氮化鈉和4g 3-氯丙胺，用30mL超純水溶解，80°C 回流反應17小時。冷卻至室溫后減壓蒸餾，蒸出約20mL水，冰水中冷卻后加入20mL乙醚 和1. 6g氫氧化鉀，溶液分層后收集油層。用20mL乙醚萃取水層3次，將萃取液與油層混合， 加入適量無水硫酸鈉干燥，放置過夜，旋蒸除乙醚，得到黃色油狀液體，即為疊氮丙胺；(2)疊氮化辛胺聚丙烯酸的合成稱取300mg聚丙烯酸和600mg 1-乙基-3_(3_二 甲基氨丙基)碳二亞胺(EDC)，用13. 5mL N，N_ 二甲基甲酰胺(DMF)溶解，再加入200uL辛 胺和100uL疊氮丙胺，在常溫下回流反應16小時。將DMF懸蒸干，加入lmL lmol/L鹽酸和 60mL超純水，在9000rpm/8min條件下離心，得淺黃色膠狀沉淀。將沉淀用60mL水洗兩次， 加入少量丙酮溶解，旋蒸，制得白色晶體，即為疊氮化辛胺聚丙烯酸。本發明采用廉價易得的聚丙烯酸類兩親性聚合物，通過穩定的疏水相互作用對油溶性納米粒子修飾，在使其水溶性化并帶上了疊氮功能基團。疊氮化納米粒子與帶炔基的 分子可通過點擊化學反應結合起來，條件溫和，只需加入極少量的Cu(I)催化劑即可在室 溫下反應。本發明方法有望廣泛用于納米生物醫學領域。
圖1為疊氮化辛胺聚丙烯酸(azide-OPA)的紅外光譜圖。圖2為疊氮功能化金納米粒子的透射電鏡圖和紫外可見光譜圖。圖3為辣根過氧化酶-金納米粒子偶聯物加入到ABTS/H202溶液中后418nm出吸 光度隨時間變化的曲線。
具體實施例方式以下實施例進一步說明本發明的內容，但不應理解為對本發明的限制。在不背離 本發明精神和實質的情況下，對本發明方法、步驟或條件所作的修改或替換，均屬于本發明 的范圍。若未特別指明，實施例中所用的技術手段為本領域技術人員所熟知的常規手段。實施例1本例通過將油溶性金納米粒子疊氮化，并采用點擊化學反應將其與辣根過氧化酶 偶聯，對方法進行詳細說明(1)油溶性金納米粒子(AuNPs)的合成稱取0. 1157g雙十二烷基溴化銨(DDAB) 溶于10mL甲苯。滴加4mL 氯金酸(HAUC14)，將AuC14_轉移至甲苯中，將含有AUC14_的 甲苯液層吸出與5mL甲苯混合，并加入500mg十二胺(DDA)。稱取0. 06g硼氫化鈉溶于3mL 超純水，加入到甲苯溶液中，在常溫下持續攪拌4小時后用無水乙醇沉淀，將沉淀溶于12mL 甲苯，得到晶種溶液。稱取0. 1157g DDAB溶于10mL甲苯。滴加3mLl%氯金酸，將AuC14_轉 移至甲苯中。取出甲苯溶液，依次加入450uL DDA和1. 4mL晶種溶液，攪拌狀態下緩慢加入 3mL 0. 2mol/L水合胼。常溫下持續攪拌60分鐘后，用乙醇沉淀后溶于氯仿，得到粒徑6nm 左右的油溶性金納米粒子。(2)疊氮丙胺的合成稱取6g疊氮化鈉和4g 3-氯丙胺，用30mL超純水溶解，80°C 回流反應17小時。冷卻至室溫后減壓蒸餾，蒸出約20mL水，冰水中冷卻后加入20mL乙醚 和1. 6g氫氧化鉀，溶液分層后收集油層。用20mL乙醚萃取水層3次，將萃取液與油層混合， 加入適量無水硫酸鈉干燥，放置過夜，旋蒸除乙醚，得到黃色油狀液體，即為疊氮丙胺。(3)疊氮化辛胺聚丙烯酸(az i de_0PA)的合成稱取300mg聚丙烯酸和600mg 1-乙基-3-(3-二甲基氨丙基)碳二亞胺(EDC)，用13. 5mL N，N_二甲基甲酰胺(DMF)溶解， 再加入200 u L辛胺和100 u L疊氮丙胺，在常溫下回流反應16小時。將DMF蒸干，加入lmL lmol/L鹽酸和60mL超純水，在9000rpm/8min條件下離心，得淺黃色膠狀沉淀。將沉淀用 60mL水洗兩次，加入少量丙酮溶解，旋蒸，制得白色晶體，即為疊氮化辛胺聚丙烯酸，紅外圖 譜如圖1所示，2100CHT1處的強吸收峰證明疊氮基團的存在。(4)疊氮功能化金納米粒子(azide-AuNPs)的制備稱取6mg疊氮化辛胺聚丙 烯酸，溶于lmL甲醇。加入2mL金納米粒子氯仿溶液，混勻后旋蒸干，再用2mL 0. 05mol/ L的氫氧化鈉溶液溶解，得紅色澄清溶液，用截留分子量(MWCO)lOOKDa的超濾管在 12000rmp/3min條件下超濾6次，溶于超純水，得到疊氮功能化金納米粒子，產物的透射電鏡圖和紫外可見光譜圖如圖2所示。(5)炔基化辣根過氧化物酶(alkyne-HRP)的制備將2. 4mL辣根過氧化酶(HRP) (lmg/mL，溶于0.02mol/L pH 7的磷酸緩沖溶液(PBS))，27 y L丙炔酸(lOOmmol/L，溶于四 氫呋喃(THF))，26iiL EDC(100mmol/L，溶于 PBS)與 3. 6mL 10% v/v THF/PBS 溶液混合，室 溫下反應10小時。用截留分子量(MWC0)30kDa的超濾管超濾3次，得到炔基化辣根過氧化 物酶。(6)辣根過氧化物酶與疊氮功能化金納米粒子的偶聯將五水硫酸銅與抗壞血 酸鈉溶于水，硫酸銅和抗壞血酸鈉溶解后濃度分別為lOmmol/L和50mmol/L，制得催化 劑溶液。將32 iiL疊氮功能化金納米粒子(0.62iimol/L)和44 y L炔基化辣根過氧化 酶(45iimol/L)溶于lmL PBS，加入1 y L催化劑，室溫下反應12小時。用截留分子量 (MWC0) lOOKDa的超濾管超濾6次，溶于PBS，得到HRP-AuNPs偶聯物。(7)偶聯物活性測定將1 P L 0. 5u mol/L HRP-AuNPs偶聯物加入到200 u L顯色 反應液中(2mmol/L 2,2’ -聯氨-雙(3-乙基苯并噻唑啉-6-磺酸)二胺鹽(ABTS)，2mmol/ L雙氧水)，在紫外可見分光光度計上測定0-180秒內418nm處吸光度的變化。如圖3所 示，418nm處吸光度隨著時間逐漸增加，說明疊氮化金納米粒子通過點擊化學反應與HRP分 子發生偶聯，此偶聯物催化ABTS氧化反應，導致418nm出吸光度增強。
權利要求
一種油溶性納米粒子疊氮功能化的方法，其采用疊氮化辛胺聚丙烯酸修飾油溶性納米粒子，使其水溶性化并帶上疊氮功能基團。
2.如權利要求1所述的方法，其特征在于，所述疊氮化辛胺聚丙烯酸為兩親性接枝聚 合物。
3.如權利要求1所述的方法，其特征在于，所述疊氮化辛胺聚丙烯酸的結構式為
4.如權利要求1 3任一項所述的方法，其特征在于，所述油溶性納米粒子表面包覆有 長鏈烷烴類配體。
5.如權利要求如權利要求1 3任一項所述的方法，其特征在于，所述的修飾為通過疏 水相互作用修飾。
6.如權利要求1 3任一項所述的方法，其特征在于，包括步驟將油溶性納米粒子和 疊氮化辛胺聚丙烯酸在溶劑中攪拌均勻，使油溶性納米粒子表面疊氮功能化。
7.由權利要求1 6任一項所述方法制得的納米粒子。
8.疊氮化辛胺聚丙烯酸，其結構式為
9. 一種制備疊氮化辛胺聚丙烯酸的方法，其包括如下步驟將疊氮化鈉與氯丙胺反 應，得到疊氮丙胺；將聚丙烯酸、辛胺以及疊氮丙胺溶于N，N- 二甲基甲酰胺，加入1-乙 基-3-(3-二甲基氨丙基)碳二亞胺，在常溫下回流充分反應，得疊氮化鈉與氯丙胺。
全文摘要
本發明公開了一種油溶性納米粒子疊氮功能化的方法，該方法采用疊氮化辛胺聚丙烯酸修飾油溶性納米粒子，使其水溶性化并帶上疊氮功能基團。通過本發明方法獲得的疊氮化納米粒子與帶炔基的分子可通過點擊化學反應結合起來，條件溫和，只需加入極少量的Cu(I)催化劑即可在室溫下反應。本發明方法有望廣泛用于納米生物醫學領域。
文檔編號C08F8/32GK101870792SQ20101019024
公開日2010年10月27日 申請日期2010年5月28日 優先權日2010年5月28日
發明者龐代文, 張明曦, 黃碧海 申請人:武漢大學