兼具螢光和磁性的蛋黃-蛋殼納米膠囊的製備方法

2023-07-29 15:09:11 2

專利名稱：兼具螢光和磁性的蛋黃-蛋殼納米膠囊的製備方法
技術領域：
本發明屬於納米複合材料領域，具體涉及兼具螢光和磁性的雙功能蛋黃-蛋殼結構納米膠囊的製備方法。
背景技術：
近年來，超順磁性鐵的氧化物(SPIO)納米顆粒由於具有特殊的磁導向性和良好的生物相容性，在生物領域的應用研究越來越引起人們的關注。在癌症，愛滋病等疾病的靶向治療、生物分離、酶或蛋白質的固定、細胞篩選、核酸純化以及生物傳感、汙水處理等方面都有研究報導。人們期待將具有特殊功能的其他納米粒子和磁性粒子結合，賦予磁性粒子更多的功能，由於稀土氧化物具有獨特的光學性質，其中摻雜銪的稀土氧化物(Y2O3 = Eu) 具有很強的紅色螢光，在分子標記、生物成像、離子檢測等方面具有非常廣泛的用途，因此同時具有稀土銪優異的光學性能和SPIO的高磁響應性能的雙功能納米粒子，在生物靶向標記、細胞分離及篩選、疾病診斷和治療方面具有潛在的重要應用價值。此外，以介孔二氧化矽為主體材料，結合不同功能的客體材料，可以產生豐富的主客體效應。其中，製備 SPIO納米顆粒為蛋黃，紅色螢光Y2O3 = Eu為蛋殼的螢光和超順磁性雙功能SPI0@Y203:EU複合材料，既具有磁性可分離的性質，又具有螢光可成像的性質，除了已在分離、檢測、成像等領域大規模應用外，這種材料還將在更多更廣的領域發揮它的潛力。(參考文獻jhang，
F.；Braun, G，B. ；Shi, Y，F. ；Zhang，Y，C. ；Sun，X，H. ；Reich，N，0. ；Zhao，D，Y. ；Stucky,
G.，Fabricationof Ag@Si02@Y203Ernanostructures for bioimaging tuning of the upconversion fluorescence with silver nanoparticles，J. Am. Chem. Soc. 2010，132， ^50-2851.)。這種蛋黃-蛋殼結構的納米顆粒，外層殼Y2O3 = Eu的厚度可由反應中加入不同稀土化合物前驅體的量進行調控，內空腔的空間大小可由通過改變二氧化矽的厚度調控。 目前，製備這種兼具螢光和磁性的雙功能SPI0@Y203:Eu蛋黃-蛋殼結構納米膠囊的方法鮮有報導，因此，本發明提出一種簡單、通用、可控尺寸大小的具體涉及兼具螢光和磁性的雙功能SPI0@Y203:Eu蛋黃-蛋殼結構納米膠囊的製備方法。

發明內容
本發明的目的是提供一種兼具螢光和磁性的雙功能SPI0@Y203:Eu蛋黃-蛋殼結構納米膠囊的製備方法，合成的方法簡單，操作方便，具有可調控的內空腔空間大小和外殼厚度，可以作為癌症雙模式成像(螢光成像和磁共振成像)診斷的對比劑。本發明製備以具有超順磁性SPIO納米粒子為蛋黃，外層厚度和內空腔空間大小可調、且具有紅色螢光性質的103:EU為蛋殼的納米膠囊。本發明的方案是首先，製備十六烷基三甲基溴化銨(CTAB)分子保護的SPIO納米顆粒，然後利用溶膠-凝膠法在其外層形成二氧化矽殼，厚度可通過加入正矽酸已酯 (TEOS)的量調控。之後，在二氧化矽殼層外包覆具有紅色螢光的103:Eu，其厚度可通過加入不同稀土化合物前驅體的量調控。此過程中伴隨著二氧化矽的被刻蝕，其尿素熱分解使其溶液呈現鹼性，OH-刻蝕二氧化矽，然後離心、乾燥、高溫煅燒，最後形成蛋黃-蛋殼結構的納米膠囊。本發明的目的通過下述方案實現一種兼具螢光和磁性的雙功能SPI0@Y203:Eu蛋黃-蛋殼結構納米膠囊的製備方法，包括下述步驟一、CTAB保護的SPIO納米顆粒取油酸保護的尺寸為25nm的SPIO納米顆粒，參考文獻(參考文獻Kim，J. ；Kim, H. S. ；Lee, N. ；Kim, Τ. ；Kim, H. ；Yu, Τ. ；Song, I. C. ；Moon, W. K. ；Hyeon, Τ. , Multifunctional uniform nanoparticles composed of a magnetite nanocrystal core and a mesoporous silica shell for magnetic resonance and fluorescence imaging and for drug delivery, Angew. Chem. Int. Ed. 2008,47, 8438-8441)轉化為CTAB保護的SPIO納米顆粒。二、介孔二氧化矽包覆SPIO納米顆粒的製備方法取上述CTAB保護的SPIO納米顆粒，分散在去離子水中，加入0. IM的NaOH溶液調節溶液的pH值為9 10，加200 500 μ L 20%的正矽酸已酯(TEOS)的乙醇溶液，其中TEOS的乙醇溶液每20 30min加一次，分4 10次加入。然後，將混合溶液在30 35°C下持續攪拌M 36h。反應完成後， 用乙醇清洗5 7次，完全除去未反應的物質和表面活性劑CTAB分子。最後將製得的SPIOO mSi02納米顆粒分散在乙醇中儲存備用。三、兼具螢光和磁性的雙功能SPI0@Y203:Eu蛋黃-蛋殼結構納米膠囊的製備方法 將步驟二的產物ImL SPIOimSiO2納米顆粒加入到20mL的水與20mL的乙醇混合溶液中， 並與0. 54 1. 08g尿素、475 950 μ L Y (NO3) 3、25 50 μ L Eu (NO3) 3的水溶液混合超聲 20 30min，再攪拌20min，將混合溶液裝入50mL的聚四氟乙烯反應釜密封后，放入烘箱中， 160 180°C條件下反應12 36h。然後將溶液離心，用去離子水清洗2 3次，用乙醇清洗2 3次，得到蛋黃-蛋殼結構納米膠囊的前驅物。之後，在60 80°C烘箱中乾燥6 10h，最後在500 700°C加熱2 池。此時得到兼具螢光和磁性的雙功能SPI0@Y203:Eu蛋黃-蛋殼結構的納米膠囊。所述步驟一中的油酸保護的SPIO納米顆粒的尺寸約為25nm。由上述方法製備得到以SPIO納米顆粒為蛋黃，螢光性質的IO3 = Eu為蛋殼的納米膠囊。該納米膠囊分布均勻，分散性好，並同時呈現紅色螢光和超順磁性。本發明具有如下優點1、本發明首次合成兼具螢光和磁性的雙功能SPIOIgY2O3 Eu蛋黃-蛋殼結構的納米膠囊。2、本發明方法簡單，快速，安全，操作方便，重複性好，具有通用性。3、本發明得到的納米顆粒分散性好，結構穩定，並可依照需要調控蛋黃和蛋殼之間內空腔大小和蛋殼厚度，即以調控其螢光和磁飽和強度。4、本發明的SPI0@Y203:Eu蛋黃-蛋殼結構的納米膠囊結合了蛋黃和蛋殼兩種功能，使其既具有超順磁性的分離功能，還具有螢光示蹤功能，同時具有良好的生物相容性， 可應用在細胞分離、螢光標記和醫學診斷等領域。5、本發明刻蝕二氧化矽與包上第三層具有紅色螢光的Y2O3 = Eu是在一步實驗完成得到的，減化了實驗步驟，直接可得到SPI0@Y203:Eu蛋黃-蛋殼納米膠囊結構，提高了合成的效率。本發明提供了新型雙功能的SPI0@Y203:Eu蛋黃-蛋殼結構的納米膠囊的可控制備方法，可實現其磁性能、螢光性能、內部空腔的大小和外殼厚度的精確可控。同時得到的納米顆粒分散性好、尺寸均一，既可用於螢光檢測，又可實現產品的分離和定向，適用於生物化學、分子生物學、臨床醫學等領域。


附圖1、為本發明製備得到的二氧化矽厚度為10士2nm的介孔二氧化矽包覆的 SPIO納米顆粒的透射電鏡圖；附圖2、為本發明製備得到的內空腔大小為43士2nm、蛋殼厚度為19士2nm的兼具螢光和磁性的雙功能SPI0@Y203:EU蛋黃-蛋殼結構納米膠囊的透射電鏡圖；附圖3、為本發明製備得到的二氧化矽厚度為20士2nm的介孔二氧化矽包裹的 SPIO納米顆粒的透射電鏡圖；附圖4、為本發明製備得到的內空腔大小為63士2nm、蛋殼厚度為19士2nm的兼具螢光和磁性的雙功能SPI0@Y203:Eu蛋黃-蛋殼結構納米膠囊的透射電鏡圖；附圖5、為本發明製備得到的內空腔大小為63士2nm、蛋殼厚度為的兼具螢光和磁性的雙功能SPI0@Y203:Eu蛋黃-蛋殼結構納米膠囊的透射電鏡圖；附圖6、為本發明製備得到的兼具螢光和磁性的雙功能SPI0@Y203:Eu蛋黃-蛋殼結構納米膠囊的螢光圖，其中A為附圖2的納米膠囊、B為附圖4的納米膠囊、C為附圖5的納米膠囊；附圖7、為本發明製備得到的兼具螢光和磁性的雙功能SPI0@Y203:Eu蛋黃-蛋殼結構納米膠囊的在有無外加磁場作用下及在日光和紫外燈照射下的照片；
具體實施例方式實施例1 內空腔大小為43士2nm、蛋殼厚度為19士2nm的兼具螢光和磁性的雙功能SPIOO Y2O3 = Eu蛋黃-蛋殼結構納米膠囊的製備(1)合成CTAB保護的SPIO納米顆粒取400 μ L，IOmg ml/1油酸保護的25nm SPIO 納米顆粒與8mL，0. 2M CTAB混合，具體參考文獻(參考文獻Kim，J. ；Kim, H. S. ；Lee, N.； Kim, Τ. ；Kim, H. ；Yu, Τ. ；Song, I. C. ；Moon, W. K. ；Hyeon, Τ. , Multifunctional uniform nanoparticles composed of a magnetite nanocrystal core and a mesoporous silica shell for magnetic resonance and fluorescence imaging and for drug delivery, Angew. Chem. Int. Ed. 2008，47，8438-8441)，轉化為 CTAB 保護的 SPIO 納米顆粒。(2)厚度為10 士 2nm的介孔二氧化矽殼包覆SPIO納米顆粒的製備取步驟(1)製備的CTAB保護的SPIO納米顆粒8mL加20mL去離子水並超聲分散。用0. IM NaOH溶液調節溶液的PH值為9，然後加入200 μ L，20% TEOS乙醇溶液，其中TEOS分4次加入，每次相隔20min。將混合溶液30°C下持續攪拌Mh。離心收集產物，並用乙醇清洗5次。最後將製得的厚度為10士2nm介孔二氧化矽殼包覆的SPIO核殼納米粒子分散在4mL乙醇中儲存備用(附圖1)。(3)內空腔大小為43士2nm、蛋殼厚度為19士2nm的兼具螢光和磁性的雙功能 SPI0@Y203:Eu蛋黃-蛋殼結構納米膠囊製備取步驟(2)製備的SPIOOmSiA納米顆粒ImL， 0. 1M, 475 μ L Y (NO3) 3，0. 1Μ, 25 μ L Eu (NO3) 3 和 0. 54g 尿素加入到 20mL 去離子水和 20mL 乙醇混合溶液中，超聲20min，再攪拌20min，然後將混合溶液裝入50mL的聚四氟乙烯反應釜密封后，放入烘箱中，160°C條件下反應12h。然後將溶液離心，用去離子水清洗2次，用乙醇清洗2次，得到蛋黃-蛋殼結構納米膠囊的前驅物。之後，在60°C烘箱中乾燥10h，放入管式爐中500°C加熱2h。最後得到內空腔大小為43士2nm、蛋殼厚度為19士2nm的兼具螢光和磁性的雙功能SPI0@Y203:Eu蛋黃-蛋殼結構的納米膠囊(附圖2)。實施例2 內空腔大小為63士2nm、蛋殼厚度為19士2nm的兼具螢光和磁性的雙功能SPIOO Y2O3 = Eu蛋黃-蛋殼結構納米膠囊製備(1)合成CTAB保護的SPIO納米顆粒步驟和實施例1中製備CTAB保護的SPIO納米顆粒的過程相同。(2)厚度為20 士 2nm的介孔二氧化矽殼包覆SPIO納米顆粒的製備取步驟(1)製備的CTAB保護的SPIO納米顆粒8mL加20mL去離子水並超聲分散。用0. IM NaOH溶液調節溶液的PH值為10，然後加入500 uL,20% TEOS乙醇溶液，其中TEOS分10次加入，每次相隔30min。將混合溶液35°C下持續攪拌36h。離心收集產物，並用乙醇清洗7次。最後將製得厚度為20士2nm的介孔二氧化矽殼包覆SPIO納米顆粒，並將其分散在4mL乙醇中儲存備用(附圖3)。(3)內空腔大小為63士2nm、蛋殼厚度為19士2nm的兼具螢光和磁性的雙功能 SPIOiY2O3 = Eu蛋黃-蛋殼結構納米膠囊的製備取步驟O)製備的SPIOOmSih納米顆粒 ImL, 0. 1M, 475 μ L Y (NO3) 3，0. 1Μ, 25 μ L Eu (NO3) 3 和 0. 864g 尿素加入到 20mL 水和 20mL 乙醇混合溶液中，超聲30min，再攪拌20min，然後將混合溶液裝入50mL的聚四氟乙烯反應釜密封后，放入烘箱中，170°C條件下反應Mh。然後將溶液離心，用去離子水清洗2次，用乙醇清洗2次，得到蛋黃-蛋殼結構納米膠囊的前驅物。之後，在70°C烘箱中乾燥他，放入管式爐中600°C加熱3h。最後得到內空腔大小為63士2nm、蛋殼厚度為19士2nm的兼具螢光和磁性的雙功能SPI0@Y203:EU蛋黃-蛋殼結構的納米膠囊(附圖4)。實施例3 內空腔大小為63士2nm、蛋殼厚度為的兼具螢光和磁性的雙功能SPIOO Y2O3 = Eu蛋黃-蛋殼結構納米膠囊的製備(1)合成CTAB保護的SPIO納米顆粒步驟和實施例1中製備CTAB保護的SPIO納米顆粒的過程相同。(2)厚度為20士2nm介孔二氧化矽的殼包覆SPIO納米顆粒的製備步驟和實施例 2中製備SPIOOmSiA的過程相同。(3)內空腔大小為63士2nm、蛋殼厚度為的兼具螢光和磁性的雙功能 SPI0@Y203:Eu蛋黃-蛋殼結構納米膠囊的製備取步驟(2)製備的SPI0@Si02m米顆粒lmL、 0. 1M, 950 μ L Y (NO3) 3，0. 1Μ, 50 μ L Eu (NO3) 3 和 1. 08g 尿素加入到 20mL 水和 20mL 乙醇混合溶液中，超聲30min，再攪拌20min，然後將混合溶液裝入50mL的聚四氟乙烯反應釜密封后，放入烘箱中，180°C條件下反應36h。然後將溶液離心，用去離子水清洗3次，用乙醇清洗3 次，得到蛋黃-蛋殼結構納米膠囊的前驅物。之後，在80°C烘箱中乾燥他，放入管式爐中 700°C加熱池。最後得到內空腔大小為63士2nm、蛋殼厚度為的兼具螢光和磁性的雙功能SPIOlgY2O3:Eu蛋黃-蛋殼結構的納米膠囊(附圖5)。
權利要求
1.兼具螢光和磁性的蛋黃-蛋殼納米膠囊的製備方法，其特徵是包括下述步驟一、CTAB保護的SPIO納米顆粒取油酸保護的尺寸為25nm的SPIO納米顆粒，按參考文獻(Kim,J. ；Kim, H. S. ；Lee, N. ；Kim, Τ. ；Kim, H. ；Yu, Τ. ；Song, I. C. ；Moon, W. K. ；Hyeon, Τ., Multifunctional uniform nanoparticles composed of a magnetite nanocrystal core and a mesoporous silica shell for magnetic resonance and fluorescence imaging and for drug delivery，Angew. Chem. Int. Ed. 2008，47，8438-8441)轉化為 CTAB 保護的 SPIO納米顆粒；二、介孔二氧化矽包覆SPIO納米顆粒的製備方法取上述CTAB保護的SPIO納米顆粒， 分散在去離子水中，加入0. IM的NaOH溶液調節溶液的pH值為9_10，加200-500 μ L 20% 的正矽酸已酯(TE0Q的乙醇溶液，其中TEOS的乙醇溶液每20-30min加一次，分4_10次加入，然後，將混合溶液在30-35°C下持續攪拌M 36h，反應完成後，用乙醇清洗5-7次，完全除去未反應的物質和表面活性劑CTAB分子，最後將製得的SPIOlgmSiA納米顆粒分散在乙醇中儲存備用；三、兼具螢光和磁性的雙功能SPI0@Y203:Eu蛋黃-蛋殼結構納米膠囊的製備方法將步驟二的產物ImL SPIOimSiO2納米顆粒加入到20mL的水與20mL的乙醇混合溶液中，並與 0. 54-1. 08g 尿素、475-950 μ L Y (NO3) 3、25-50 μ L Eu(NO3)3 的水溶液混合超聲 20_30min， 再攪拌20min，將混合溶液裝入50mL的聚四氟乙烯反應釜密封后，放入烘箱中，160-180°C 條件下反應12_36h，然後將溶液離心，用去離子水清洗2-3次，用乙醇清洗2-3次，得到蛋黃-蛋殼結構納米膠囊的前驅物，之後，在60-80°C烘箱中乾燥6-10h，最後在500-700°C加熱2-池，此時得到兼具螢光和磁性的雙功能SPI0@Y203:Eu蛋黃-蛋殼結構的納米膠囊。
2.按權利要求1所述的製備方法製備的兼具螢光和磁性的蛋黃-蛋殼納米膠囊。
全文摘要
本發明屬於納米複合材料領域，具體涉及兼具螢光和磁性的雙功能蛋黃-蛋殼結構納米膠囊的製備方法。首先製備十六烷基三甲基溴化銨分子保護的SPIO納米顆粒，然後利用溶膠-凝膠法在其外層形成二氧化矽殼，厚度可通過加入正矽酸已酯的量調控。在二氧化矽殼層外包覆具有紅色螢光的Y2O3:Eu，過程中伴隨著二氧化矽的被刻蝕，其尿素熱分解使其溶液呈現鹼性，OH-刻蝕二氧化矽，再離心、乾燥、高溫煅燒，最後形成蛋黃-蛋殼結構的納米膠囊。可實現其磁性能、螢光性能、內部空腔的大小和外殼厚度的精確可控。同時得到的納米顆粒分散性好、尺寸均一，適用於生物化學、臨床醫學等領域。本發明簡單，快速，安全，操作方便，重複性好，具有通用性。
文檔編號A61K49/18GK102294039SQ20111024103
公開日2011年12月28日 申請日期2011年8月22日 優先權日2011年8月22日
發明者劉海燕, 張凌宇, 柴芳, 王婷婷, 王春剛, 蘇忠民 申請人:東北師範大學