一種鑲嵌金納米棒的介孔矽基納米複合材料的合成方法

2023-05-14 09:08:36

專利名稱：一種鑲嵌金納米棒的介孔矽基納米複合材料的合成方法
技術領域：
本發明涉及一種鑲嵌金納米棒的介孔矽基納米複合材料的合成方法，屬於納米生 物醫藥領域。
背景技術：
多種治療模式結合可以起到協同增效的作用，特別是熱療和化療協同治療模式在 ISSE^niT±Bi^rSlSffl (Iternational Journal of Hyperthermia 2009, Vol. 25,No. 4, Pages 262-272)。但傳統的熱療模式無法精確控制加熱面積和功率，傳統的化療方式藥物 易殺死正常細胞產生副作用，以及在協同治療時無法保證加熱和藥物在腫瘤的同時間同區 域進行作用等因素，使協同治療效果明顯降低，並且一直限制著該協同模式的發展。納米材 料技術在生物醫療領域的應用和發展，使熱療和化療在腫瘤同時間同區域共同作用成為了 可能。介孔矽基納米顆粒，是一類用無機或有機矽化合物為主要反應原料，以有機分子 作為模版劑，合成的介孔納米材料，選自介孔二氧化矽，分子篩，多孔生物玻璃等納米材料。 這些材料具有高的比表面積，大的孔容，化學穩定性，生物相容性和無毒性，已經成為了一 類新型的藥物載體材料。將介孔矽基納米顆粒與其他功能納米顆粒和分子相結合，以實現 分子標記、造影、靶向識別分子、納米治療和藥物治療等癌症早期診斷和治療的多功能體系 是目前研究的熱點。金納米棒由於表面等離子共振性質，在近紅外區域有一個很強的吸收 峰，同時可以將光能高效的轉化成熱量，能適用於光熱治療。將介孔矽基納米顆粒與金納米棒複合為單一的，穩定的納米顆粒，有望實現兩種 治療模式的協同作用。但是，由於納米顆粒本身具有的易團聚，吸附顆粒表面的表面活性劑 和反應輔助催化劑殘留導致的生物毒性大等因素，極大地增加了該複合材料合成和應用的 難度。本發明用新穎的化學方法，合成了單分散，無生物毒性的介孔矽基納米顆粒與金納米 棒複合顆粒，在疾病診斷和治療，以及生物殺菌領域具有廣泛的應用前景。

發明內容
本發明的目的是合成單分散、穩定性好的介孔矽基納米顆粒與金納米棒複合結構 納米材料，即一種鑲嵌金納米棒的介孔矽基納米複合材料，以克服現有技術中吸附顆粒表 面的表面活性劑和反應輔助催化劑殘留導致的生物毒性大等問題。為解決上述技術問題，本發明採用以下的技術方案來實現本發明的鑲嵌金納米棒的介孔矽基納米複合材料的合成方法，為在金納米棒表面 羧基功能化和介孔矽基納米顆粒表面氨基功能化的基礎上，通過醯胺反應將表面羧基功能 化的金納米棒水溶液與表面氨基功能化的介孔矽基納米顆粒水溶液進行複合，得到外表面 均勻、穩定鑲嵌金納米棒的介孔矽基納米複合材料；所述介孔矽基納米顆粒與金納米棒的 複合反應直接在水溶液中合成，不用添加催化劑，也不用調節溶液的酸度或離子強度。本發明的鑲嵌金納米棒的介孔矽基納米複合材料的合成方法，具體包括以下步驟(1)金納米棒的羧基功能化改性採用十六烷基三甲基溴化銨(CTAB)作為分散劑 和生長導向劑合成金納米棒溶膠水溶液，金元素濃度為Immol/L-lOmmol/L ；向獲得的金納 米棒溶膠水溶液中加入濃度為lmg/ml-5mg/ml的同時含有羧基和含S基團的化合物的水溶 液；將獲得的混合液在40°C -55°C下超聲1小時以上，得到羧基功能化的金納米棒水溶液； 所述同時含有羧基和含S基團的化合物與金納米棒的摩爾比10000-100000 1。所述同時含有羧基和含S基團的化合物選自分子鏈為HOOC-Xn-S-S-Xn-COOH的同 時含有羧基和雙硫鍵的化合物和分子鏈為HS-Yn-COOH的同時含有羧基和巰基的化合物， 其中，X為CH2CH20、CH20或CH2等分子單元，Y為CH2CH2O或CH2O分子單元，η代表單元數，且 η = 7-5000，如 H00C- (CH2CH2O) 7_S_S- (CH2CH2O) 7_C00H，HS- (CH2CH2O) 5000-COOH 等化合物。所述同時含有羧基和含S基團的化合物不取化合物HS-Yn-COOH，其中Y為CH2分 子單元，η代表單元數，且η = 7-5000,如HS- (CH2) n-C00H。所述獲得的羧基功能化的金納米棒溶液可以在水(不受酸度和離子強度影響)、 有機溶劑(如氯仿、乙醇和環己烷等)和生物模擬體液中分散，並保持不沉降。所述金納米棒溶膠水溶液的製備，如採用以下製備方法(a)、在CTAB水溶液中加 入氯金酸(HAuCI4)，配成含有0. lmol/L的CTAB、0. 25謹ol/L的氯金酸的水溶液10ml。在 所得的氯金酸溶液中加入lOmmol/L的NaBH4水溶液0. 6ml，得到3nm粒徑的金納米顆粒溶 膠水溶液。(b)、配置含有 0. lmol/L 的 CTAB、0. 75mmol/L 的 HAuCI4、0. 20mmol/L 的 AgNO3 的 生長水溶液100ml，在此生長水溶液中加入80mmol/L的抗壞血酸水溶液1. 5ml，直到溶液由 紅色變成無色。(c)、將步驟(a)獲得的金納米顆粒溶膠溶液0. 2ml滴入步驟(b)獲得的無 色溶液中，所得混合液靜置10分鐘後，由無色透明溶液變成紫色的金納米棒溶膠溶液。將 金納米棒溶膠溶液離心(13000rpm，20min)共三次，去除過量的CTAB。將離心後的金納米棒 顆粒分散在20ml水中，得到金元素濃度為3. 75mmol/L的金納米棒溶膠水溶液。通過改變 金納米棒的加入量，可得到金元素濃度為Immol/L-lOmmol/L的金納米棒溶膠水溶液。(2)介孔矽基納米顆粒的表面氨基功能化將介孔矽基納米顆粒分散於乙醇中， 然後加入含氨基的矽烷偶聯劑，加熱回流、離心，將獲得的離心產物分散在水中，得到濃度 為0. 5mg/ml-5mg/ml的表面氨基功能化的介孔矽基納米顆粒水溶液。所述介孔矽基納米顆粒選自介孔二氧化矽、分子篩、多孔生物玻璃、內部負載功能 納米顆粒或分子材料的介孔二氧化矽、內部負載功能納米顆粒或分子材料的分子篩和內部 負載功能納米顆粒或分子材料的多孔生物玻璃。所述內部負載的功能納米顆粒，如磁性四 氧化三鐵納米顆粒，螢光納米顆粒；所述內部負載的分子材料包括螢光分子，如核磁造影劑 分子等。所述含氨基的矽烷偶聯劑，如3-氨基丙基三乙氧基矽烷、N- (β -氨乙基-氨 丙基三甲氧基矽烷、二乙烯三胺基丙基三甲氧基矽烷等。所述含氨基的矽烷偶聯劑的加入 摩爾量為介孔矽基納米顆粒摩爾量的1/50-1/10，所述介孔矽基納米顆粒由矽前驅體製得， 如由矽前驅體正矽酸乙酯、矽酸鈉等製得；所述加熱回流的時間為池以上。(3)介孔矽基納米顆粒與金納米棒的複合Α，將步驟⑴獲得的羧基功能化的金納米棒溶液離心後，分散在2-(Ν_嗎啉基) 乙磺酸(MES)緩衝溶液中，然後加入醯胺反應劑進行反應，反應完成之後，在小於4°C環境下離心並用去離子水水洗後，分散在去離子水中獲得金納米棒琥珀醯亞胺酯化產物水溶 液；B，將獲得的金納米棒琥珀醯亞胺酯化產物的溶液立刻加入到步驟( 獲得的表 面氨基功能化的介孔矽基納米顆粒水溶液進行複合反應，反應後離心得到所述鑲嵌金納米 棒的介孔矽基納米複合材料。所述鑲嵌金納米棒的介孔矽基納米複合材料中，Au和Si的原子濃度比為 Au Si = 0.6-60 1。所述金納米棒在介孔矽基納米顆粒表面的鑲嵌數量可以通過控制兩種組份(金 納米棒和介孔矽基納米顆粒)的濃度比例進行調整。步驟(3)的A中，所述MES緩衝溶液的濃度為0. lmol-lmol/L ；其pH值為4-6。所述醯胺反應劑的加入量為5_50mg ；所述醯胺反應劑選自1_乙基_3-(3_ 二甲基 氨丙基)_碳醯化二亞胺鹽酸鹽(EDC)和N-羥基琥珀醯亞胺(NHS)，通過對金納米棒顆粒表 面的羧基醯胺化，使之生成可與氨基直接反應的琥珀醯亞胺酯活性基團。所述加入醯胺反應劑後的攪拌，如可以緩慢攪拌至少30分鐘。所述金納米棒醯胺化產物的溶液與表面氨基功能化的介孔矽基納米顆粒水溶液 反應可採用激烈攪拌混合方式混勻，所述反應時間為30分鐘以上。步驟(3)的B中合成的活化的金納米棒必須在4°C以下的去離子水中離心和暫時 保存；所述獲得金納米棒琥珀醯亞胺酯化產物水溶液的暫時保存條件為4°C以下環境。步驟(3)的C中介孔矽基納米顆粒與金納米棒的複合反應直接在水溶液中合成， 不用添加任何催化劑，也不用調節溶液的酸度或離子強度。本發明的鑲嵌金納米棒的介孔矽基納米複合材料的合成方法具有以下特點1.採用 HOOC-Xn-S-S-Xn-COOH(X 代表 CH2CH2O, CH2O 或 CH2 等分子單元，η 單元 數，7-5000)或HS-Yn-COOH類型(Y 代表CH2CH2O或CH2O等分子單元，η 單元數，7-5000) 的同時含有羧基和巰基官能團的分子鏈超聲置換CTAB的方法，使CTAB完全去除，同時保證 金納米棒的分散性和功能化，解決了金納米棒表面吸附表面活性劑十六烷基三甲基溴化銨 (CTAB)導致的生物毒性的問題。2.在合成羧基功能化的金納米棒後先加入一定量的1-乙基-3-(3- 二甲基氨丙 基)_碳醯化二亞胺鹽酸鹽(EDC)和N-羥基琥珀醯亞胺(MB)，使之生成可與氨基直接反 應的琥珀醯亞胺酯活性基團，通過在低溫環境下以下)離心去除過剩的EDC和NHS ；然 後，直接將活化的金納米棒水溶液與氨基改性的介孔矽基納米顆粒水溶液複合反應，不添 加任何反應輔助催化劑，反應簡單易操作，並且產物無生物毒性，解決了介孔矽基納米顆粒 與金納米棒的複合反應中催化劑殘留導致生物毒性的問題。本發明的合成方法所製得的鑲嵌金納米棒的介孔矽基納米複合材料，具有良好的 分散性、生物相容性和無毒性。本發明合成方法簡單易行、無任何汙染、產量高；所得複合材 料具備了介孔矽基納米材料高的載藥量和藥物緩釋功能，以及金納米棒將近紅外光轉化為 熱的功能，可以用來實現藥物治療和光熱治療協同的治療模式，如作為藥物載體材料、光熱 治療材料、分子標記材料、造影材料、靶向識別分子材料等，並可廣泛應用於疾病診斷、疾病 治療，以及生物殺菌等領域中。


圖1實施例1具有磁性四氧化三鐵為內核的介孔二氧化矽納米顆粒(Fi53O4IgmSiO2) 與金納米棒複合後的透射電鏡圖。圖2是對比例1用11-巰基十一烷酸對金納米棒表面功能化後，將磁性四氧化三 鐵為內核的介孔二氧化矽納米顆粒(Fe3O4IgmSiO2)與金納米棒複合後的透射電鏡圖。圖3是對比例2用巰基乙酸對金納米棒表面功能化後，將磁性四氧化三鐵為內核 的介孔二氧化矽納米顆粒(Fe53O4OmSiO2)與金納米棒複合後的透射電鏡圖。圖4是實施例1中UV-vis吸收曲線(1)-(3)分別代表一定濃度的!^e3O4OmSiA顆 粒(1)，一定濃度的金納米棒用CTAB分散的溶膠溶液( 和磁性介孔二氧化矽納米顆粒與 金納米棒的複合材料(3)分散在水中的UV-vis吸收曲線。圖5曲線(A)和⑶分別是對比例1用11-巰基十一烷酸㈧和巰基乙酸⑶對 金納米棒表面功能化後，將磁性四氧化三鐵為內核的介孔二氧化矽納米顆粒(Fe3O4IgmSiO2) 與金納米棒複合後的UV-vis吸收曲線。圖6分別是實施例2 (A)，對比例3⑶，對比例4 (C)和對比例5⑶用功率為2. Off 的808nm激發光照射溶液，溫度變化隨照射時間的關係曲線。
具體實施例方式下面結合具體實施例進一步闡述本發明，應理解，這些實施例僅用於說明本發明 而不用於限制本發明的保護範圍。實施例1(1)金納米棒的羧基功能化改性用十六烷基三甲基溴化銨(CTAB)作為分散 劑和生長導向劑合成了金元素濃度為3. 75mmol/L金納米棒溶膠水溶液20ml。向獲得的 金納米棒溶膠溶液加入 2mg/ml 的 HOOC- (CH2CH2O) 7_S_S- (CH2CH2O) 7_COOH (CAS Number 873013-93-5)化合物水溶液10ml，然後在55°C溫度超聲2小時，得到羧基功能化的金納米
棒溶液。(2)介孔矽基納米顆粒的表面氨基功能化將具有磁性四氧化三鐵內核的介孔二 氧化矽納米顆粒(Fe3O4IgmSiO2) 20mg在30ml乙醇中分散，加入的氨基三乙氧基矽烷為介孔 矽基納米顆粒摩爾量的1/50，對!^3O4OmSiO2進行改性，加熱回流5小時，將得到的回流產物 離心後，分散在水中，得到2mg/ml表面氨基功能化的介孔矽基納米顆粒水溶液10ml。(3)磁性介孔二氧化矽納米顆粒與金納米棒的複合將步驟(1)獲得的羧基功能 化的金納米棒溶液離心後的產物分散在0. lmol/L MES緩衝溶液IOml (PH 4-6)中，先加入 IOmg的1-乙基-3- (3- 二甲基氨丙基)-碳醯化二亞胺鹽酸鹽(EDC)，然後加入IOmg的N-羥 基琥珀醯亞胺(NHS)，緩慢攪拌30分鐘，得到活化的金納米棒溶液。將活化的金納米棒溶液 在環境溫度小於4°C的離心機中離心後，用去離子水(溫度小於4°C )清洗後，分散在去離 子水中獲得金納米棒琥珀醯亞胺酯化產物的溶液IOml ；將獲得的金納米棒琥珀醯亞胺酯 化產物的溶液立刻與步驟O)的獲得的表面氨基功能化的介孔矽基納米顆粒水溶液激烈 攪拌混合，反應1小時後，離心得到鑲嵌金納米棒的磁性介孔矽基納米複合材料。本實施例1所得的鑲嵌金納米棒的磁性介孔矽基納米複合材料中，原子濃度比 為:Au Si Fe = 6 9 1。
將獲得的鑲嵌金納米棒的磁性介孔矽基納米複合材料進行檢測得到圖1，圖1是 實施例1具有磁性四氧化三鐵為內核的介孔二氧化矽納米顆粒(Fe3O4IgmSiO2)與金納米棒 複合後的透射電鏡圖。圖1中(右上插圖)金納米棒表面襯度較低的輪廓表明在金納米棒 表面成功的修飾了功能分子鏈。將獲得的鑲嵌金納米棒的磁性介孔矽基納米複合材料進行檢測得到實施例1的 UV-vis吸收曲線，如圖4所示，圖4中UV-vis吸收曲線(1)-(3)分別代表lmg/ml濃度的 Fe304imSi02顆粒、金元素濃度lOmmol/L的CTAB分散的金納米棒溶膠溶液和鑲嵌金納米棒 的磁性介孔二氧化矽納米複合材料(3)分散在水中的UV-vis吸收曲線。從圖4中可知，曲 線(3)在金納米棒複合磁性介孔二氧化矽納米顆粒後，仍然保持著曲線(2)在近紅外區域 加強的吸收峰，說明金納米棒之間沒有團聚，仍能保持將近紅外光吸收轉化為熱量的性質。對比例1將實施例1 步驟(1)的 HOOC-(CH2CH2O)7-S-S-(CH2CH2O)7-COOH (CAS Number 873013-93-5)分子替換為11_巰基十一烷酸，其餘步驟不變，得到對比例1的產物。將對比例1所得的產物經檢測得到圖2，圖2是對比例1用11-巰基十一烷酸對金 納米棒表面功能化後，將磁性四氧化三鐵為內核的介孔二氧化矽納米顆粒(Fe3O4IgmSiO2)與 金納米棒複合後的透射電鏡圖。相對實施例1的透射電鏡圖，金納米棒在I7e3O4OmSiA中分 布不均勻，團聚明顯。對比例2將實施例1 步驟(1)的 HOOC-(CH2CH2O)7-S-S-(CH2CH2O)7-COOH (CAS Number 873013-93-5)分子替換為巰基乙酸，其餘步驟不變，得到對比例2的產物。將對比例2所得的產物經檢測得到圖3，圖3是對比例2用巰基乙酸對金納米棒 表面功能化後，將磁性四氧化三鐵為內核的介孔二氧化矽納米顆粒(Fe3O4IgmSiO2)與金納米 棒複合後的透射電鏡圖。相對實施例1的透射電鏡圖，金納米棒在R3O4IgmSiA中分布不均 勻，團聚明顯。將對比例1和對比例2所得的產物分別進行檢測後得到如圖5所示的UV-vis吸 收曲線，圖5的UV-vis吸收曲線㈧和⑶分別是對比例1用11-巰基十一烷酸和對比例 2巰基乙酸對金納米棒表面功能化後，將磁性四氧化三鐵為內核的介孔二氧化矽納米顆粒 (Fe304imSi02)與金納米棒複合後的UV-vis吸收曲線㈧和⑶。相對於實施例1中圖4的 曲線(3)，曲線㈧和⑶在近紅外區域吸收寬化，吸收強度明顯降低。實施例2將實施例1得到的鑲嵌金納米棒的磁性介孔矽基納米複合材料超聲分散在DMEM 細胞培養基中，DMEM細胞培養基溶液中鑲嵌金納米棒的磁性介孔矽基納米複合材料的濃度 為80ug/ml，將IOOul上述溶液轉移到96孔板內。用808nm臺式光源與96孔板垂直方向照 射複合顆粒溶液，調節照射功率和時間。照射完後，用數字顯示溫度計(配置不鏽鋼探針) 測量孔內溶液的溫度，作溫度-時間關係曲線(A)。對比例3不加複合材料，取DMEM培養基IOOul，其餘步驟不變，作溫度-時間關係曲線⑶。對比例4將實施例2的複合材料的濃度改為120ug/ml，其餘步驟不變，作溫度-時間關係曲線(C)。對比例5將實施例2的複合材料的濃度改為160ug/ml，其餘步驟不變，作溫度-時間關係曲 線⑶。將實施例2，對比例3，對比例4和對比例5所得的產物分別進行檢測得到圖6，圖 6中關係曲線㈧、⑶、(C)和⑶分別是實施例2，對比例3，對比例4和對比例5的產物 用功率為2. OW的808nm激發光照射溶液，溫度變化隨照射時間的關係曲線。其中曲線(B) 為複合顆粒濃度為零的DMEM培養基，其溶液的溫度在光照後溫度沒有明顯變化，當複合顆 粒濃度增加後，溫度明顯提高，在照射一段時間後溫度穩定不變，說明金納米棒能將近紅外 光轉化為熱量。實施例3(1)金納米棒的羧基功能化改性用十六烷基三甲基溴化銨(CTAB)作為分散劑和 生長導向劑合成了金元素濃度為lmmol/L金納米棒溶膠水溶液20ml。向獲得的金納米棒 溶膠溶液加入 lmg/ml 的 HOOC- (CH2CH2O) 7_S_S- (CH2CH2O) 7_C00H (CAS Number :873013-93-5) 化合物水溶10ml，然後在55°C溫度超聲2小時，得到羧基功能化的金納米棒溶液。(2)介孔矽基納米顆粒的表面氨基功能化將具有磁性四氧化三鐵內核的介孔二 氧化矽納米顆粒(Fe3O4IgmSiO2) 50mg在30ml乙醇中分散，加入的氨基三乙氧基矽烷為介孔 矽基納米顆粒摩爾量的1/10，對!^3O4OmSiO2進行改性，加熱回流5小時，將得到的回流產物 離心後，分散在水中，得到5mg/ml表面氨基功能化的介孔矽基納米顆粒水溶液10ml。(3)磁性介孔二氧化矽納米顆粒與金納米棒的複合將步驟(1)獲得的羧基功能 化的金納米棒溶液離心後的產物分散在0. 5mol/L MES緩衝溶液IOml (PH 4-6)中，先加入 2. 5mg的1-乙基-3-(3- 二甲基氨丙基)-碳醯化二亞胺鹽酸鹽(EDC)，然後加入2. 5mg的 N-羥基琥珀醯亞胺(NHS)，緩慢攪拌30分鐘，得到活化的金納米棒溶液。將活化的金納米 棒溶液在環境溫度小於4°C的離心機中離心後，用去離子水(溫度小於4°C)清洗後，分散 在去離子水中獲得金納米棒琥珀醯亞胺酯化產物的溶液IOml ；將獲得的金納米棒琥珀醯 亞胺酯化產物的溶液立刻與步驟O)的獲得的表面氨基功能化的介孔矽基納米顆粒水溶 液激烈攪拌混合，反應1小時後，離心得到鑲嵌金納米棒的磁性介孔矽基納米複合材料。本實施例3所得的鑲嵌金納米棒的磁性介孔矽基納米複合材料中，原子濃度比 為Au Si Fe = 0. 6 9 1。將本實施例獲得的鑲嵌金納米棒的磁性介孔矽基納米複合材料進行檢測可知，金 納米棒之間沒有團聚現象，且具有將近紅外光吸收轉化為熱量的性質。實施例4(1)金納米棒的羧基功能化改性用十六烷基三甲基溴化銨(CTAB)作為分散劑和 生長導向劑合成了金元素濃度為lOmmol/L金納米棒溶膠水溶液20ml。向獲得的金納米棒 溶膠溶液加入 2mg/ml 的 HOOC- (CH2CH2O) 7_S_S- (CH2CH2O) 7_C00H (CAS Number :873013-93-5) 化合物水溶液10ml，然後在40°C溫度超聲2小時，得到羧基功能化的金納米棒溶液。(2)介孔矽基納米顆粒的表面氨基功能化將具有磁性四氧化三鐵內核的介孔二 氧化矽納米顆粒(Fe3O4IgmSiO2) 5mg在30ml乙醇中分散，加入的氨基三乙氧基矽烷為介孔矽 基納米顆粒摩爾量的1/20，對!^3O4OmSiO2進行改性，加熱回流5小時，將得到的回流產物離心後，分散在水中，得到0. 5mg/ml的表面氨基功能化的介孔矽基納米顆粒水溶液10ml。(3)磁性介孔二氧化矽納米顆粒與金納米棒的複合將步驟(1)獲得的羧基功能 化的金納米棒溶液離心後的產物分散在0. 5mol/L MES緩衝溶液IOml (PH 4-6)中，先加入 25mg的1-乙基-3- (3- 二甲基氨丙基)_碳醯化二亞胺鹽酸鹽(EDC)，然後加入25mg的N-羥 基琥珀醯亞胺(NHS)，緩慢攪拌30分鐘，得到活化的金納米棒溶液。將活化的金納米棒溶液 在環境溫度小於4°C的離心機中離心後，用去離子水(溫度小於4°C)清洗後，分散在去離 子水中獲得金納米棒琥珀醯亞胺酯化產物的溶液IOml ；將獲得的金納米棒琥珀醯亞胺酯 化產物的溶液立刻與步驟O)的獲得的表面氨基功能化的介孔矽基納米顆粒水溶液激烈 攪拌混合，反應1小時後，離心得到鑲嵌金納米棒的磁性介孔矽基納米複合材料。本實施例4所得的鑲嵌金納米棒的磁性介孔矽基納米複合材料中，原子濃度比 為Au Si Fe = 60 9 1。將本實施例獲得的鑲嵌金納米棒的磁性介孔矽基納米複合材料進行檢測可知，金 納米棒之間沒有團聚現象，且具有將近紅外光吸收轉化為熱量的性質。實施例5(1)金納米棒的羧基功能化改性用十六烷基三甲基溴化銨(CTAB)作為分散劑和 生長導向劑合成了金元素濃度為lOmmol/L金納米棒溶膠水溶液20ml。向獲得的金納米棒 溶膠溶液加入 5mg/ml 的 HOOC- (CH2CH2O) 7_S_S- (CH2CH2O) 7_C00H (CAS Number :873013-93-5) 化合物水溶液10ml，然後在55°C溫度超聲2小時，得到羧基功能化的金納米棒溶液。(2)介孔矽基納米顆粒的表面氨基功能化將具有磁性四氧化三鐵內核的介孔二 氧化矽納米顆粒(Fe3O4IgmSiO2) 30mg在30ml乙醇中分散，加入的氨基三乙氧基矽烷為介孔 矽基納米顆粒摩爾量的1/50，對!^3O4OmSiO2進行改性，加熱回流5小時，將得到的回流產物 離心後，分散在水中，得到3mg/ml的表面氨基功能化的介孔矽基納米顆粒水溶液10ml。(3)磁性介孔二氧化矽納米顆粒與金納米棒的複合將步驟(1)獲得的羧基功能 化的金納米棒溶液離心後的產物分散在lmol/L MES緩衝溶液5ml (PH 4-6)中，先加入IOmg 的1-乙基-3- (3- 二甲基氨丙基)-碳醯化二亞胺鹽酸鹽(EDC)，然後加入20mg的N-羥基 琥珀醯亞胺(NHS)，緩慢攪拌30分鐘，得到活化的金納米棒溶液。將活化的金納米棒溶液在 環境溫度小於4°C的離心機中離心後，用去離子水(溫度小於4°C )清洗後，分散在去離子 水中獲得金納米棒琥珀醯亞胺酯化產物的溶液IOml ；將獲得的金納米棒琥珀醯亞胺酯化 產物的溶液立刻與步驟O)的獲得的表面氨基功能化的介孔矽基納米顆粒水溶液激烈攪 拌混合，反應1小時後，離心得到鑲嵌金納米棒的磁性介孔矽基納米複合材料。本實施例4所得的鑲嵌金納米棒的磁性介孔矽基納米複合材料中，原子濃度比 為Au Si Fe = 10 9 1。將本實施例獲得的鑲嵌金納米棒的磁性介孔矽基納米複合材料進行檢測可知，金 納米棒之間沒有團聚現象，具有將近紅外光吸收轉化為熱量的性質。實施例6(1)金納米棒的羧基功能化改性用十六烷基三甲基溴化銨(CTAB)作為分散劑和 生長導向劑合成了金元素濃度為3. 75mmol/L金納米棒溶膠水溶液20ml。向獲得的金納米 棒溶膠溶液加入ang/ml的HS- (CH2CH2O) 5__C00H化合物水溶液IOml，然後在55°C溫度超聲 2小時，得到羧基功能化的金納米棒溶液。
(2)介孔矽基納米顆粒的表面氨基功能化將具有磁性四氧化三鐵內核的介孔二 氧化矽納米顆粒(Fe3O4IgmSiO2) 20mg在30ml乙醇中分散，加入的氨基三乙氧基矽烷為介孔 矽基納米顆粒摩爾量的1/50，對!^3O4OmSiO2進行改性，加熱回流5小時，將得到的回流產物 離心後，分散在水中，得到2mg/ml表面氨基功能化的介孔矽基納米顆粒水溶液10ml。(3)磁性介孔二氧化矽納米顆粒與金納米棒的複合將步驟(1)獲得的羧基功能 化的金納米棒溶液離心後的產物分散在0. lmol/L MES緩衝溶液IOml (PH 4-6)中，先加入 IOmg的1-乙基-3- (3- 二甲基氨丙基)-碳醯化二亞胺鹽酸鹽(EDC)，然後加入IOmg的N-羥 基琥珀醯亞胺(NHS)，緩慢攪拌30分鐘，得到活化的金納米棒溶液。將活化的金納米棒溶液 在環境溫度小於4°C的離心機中離心後，用去離子水(溫度小於4°C )清洗後，分散在去離 子水中獲得金納米棒琥珀醯亞胺酯化產物的溶液IOml ；將獲得的金納米棒琥珀醯亞胺酯 化產物的溶液立刻與步驟O)的獲得的表面氨基功能化的介孔矽基納米顆粒水溶液激烈 攪拌混合，反應1小時後，離心得到鑲嵌金納米棒的磁性介孔矽基納米複合材料。本實施例6所得的鑲嵌金納米棒的磁性介孔矽基納米複合材料中，原子濃度比 為:Au Si Fe = 6 9 1。將本實施例獲得的鑲嵌金納米棒的磁性介孔矽基納米複合材料進行檢測可知，金 納米棒之間沒有團聚現象，且具有將近紅外光吸收轉化為熱量的性質。實施例7(1)金納米棒的羧基功能化改性用十六烷基三甲基溴化銨(CTAB)作為分散劑和 生長導向劑合成了金元素濃度為3. 75mmol/L金納米棒溶膠水溶液20ml。向獲得的金納米 棒溶膠溶液加入ang/ml的HOOC- (CH2CH2O) 7_S_S- (CH2CH2O) 7-C00H化合物水溶液IOml，然後 在55°C溫度超聲2小時，得到羧基功能化的金納米棒溶液。(2)介孔矽基納米顆粒的表面氨基功能化將介孔二氧化矽納米顆粒20mg在30ml 乙醇中分散，加入的氨基三乙氧基矽烷為介孔矽基納米顆粒摩爾量的1/50，對介孔矽基納 米顆粒進行改性，加熱回流5小時，將得到的回流產物離心後，分散在水中，得到2mg/ml表 面氨基功能化的介孔矽基納米顆粒水溶液10ml。(3)介孔二氧化矽納米顆粒與金納米棒的複合將步驟⑴獲得的羧基功能化的 金納米棒溶液離心後的產物分散在0. lmol/L MES緩衝溶液IOml (PH 4-6)中，先加入IOmg 的1-乙基-3- (3- 二甲基氨丙基)-碳醯化二亞胺鹽酸鹽(EDC)，然後加入IOmg的N-羥基 琥珀醯亞胺(NHS)，緩慢攪拌30分鐘，得到活化的金納米棒溶液。將活化的金納米棒溶液在 環境溫度小於4°C的離心機中離心後，用去離子水(溫度小於4°C)清洗後，分散在去離子 水中獲得金納米棒琥珀醯亞胺酯化產物的溶液IOml ；將獲得的金納米棒琥珀醯亞胺酯化 產物的溶液立刻與步驟O)的獲得的表面氨基功能化的介孔矽基納米顆粒水溶液激烈攪 拌混合，反應1小時後，離心得到鑲嵌金納米棒的介孔矽基納米複合材料。本實施例7所得的鑲嵌金納米棒的介孔矽基納米複合材料中，原子濃度比為 Au Si = 1 9。將本實施例7獲得的鑲嵌金納米棒的介孔矽基納米複合材料進行檢測可知，金納 米棒之間沒有團聚現象，且具有將近紅外光吸收轉化為熱量的性質。
權利要求
1.一種鑲嵌金納米棒的介孔矽基納米複合材料的合成方法，為在金納米棒表面羧基功 能化和介孔矽基納米顆粒表面氨基功能化的基礎上，通過醯胺反應將表面羧基功能化的金 納米棒水溶液與表面氨基功能化的介孔矽基納米顆粒水溶液進行複合，得到外表面均勻、 穩定鑲嵌金納米棒的介孔矽基納米複合材料；所述介孔矽基納米顆粒與金納米棒的複合反 應直接在水溶液中合成，不用添加催化劑，也不用調節溶液的酸度或離子強度。
2.如權利要求1所述的合成方法，其特徵在於，所述合成方法具體包括以下步驟(1)金納米棒的羧基功能化改性採用CTAB作為分散劑和生長導向劑合成金納米棒 溶膠水溶液，金元素濃度為Immol/L-lOmmol/L ；向獲得的金納米棒溶膠水溶液中加入濃 度為lmg/ml-5mg/ml的同時含有羧基和含S基團的化合物的水溶液；將獲得的混合液在 400C -55°C下超聲1小時以上，得到羧基功能化的金納米棒水溶液；所述同時含有羧基和含 S基團的化合物與金納米棒的摩爾比為10000-100000 1。(2)介孔矽基納米顆粒的表面氨基功能化將介孔矽基納米顆粒分散於乙醇中，然後 加入含氨基的矽烷偶聯劑，加熱回流、離心，將獲得的離心產物分散在水中，得到濃度為 0. 5mg/ml-5mg/ml的表面氨基功能化的介孔矽基納米顆粒水溶液；(3)介孔矽基納米顆粒與金納米棒的複合，包括如下步驟A，將步驟(1)獲得的羧基功能化的金納米棒溶液離心後，分散在MES緩衝溶液中，然後 加入醯胺反應劑進行反應，反應完成之後，在小於4°C環境下離心並用去離子水水洗後，分 散在去離子水中獲得金納米棒琥珀醯亞胺酯化產物水溶液；B，將獲得的金納米棒琥珀醯亞胺酯化產物水溶液立刻加入到步驟( 獲得的表面氨 基功能化的介孔矽基納米顆粒水溶液進行複合反應，反應後離心得到所述鑲嵌金納米棒的 介孔矽基納米複合材料。
3.如權利要求2所述的合成方法，其特徵在於，步驟(1)中，所述同時含有羧基和含S 基團的化合物選自分子鏈為HOOC-Xn-S-S-Xn-COOH的化合物和分子鏈為HS-Yn-COOH的化 合物，其中，X為分子單元CH2CH20、CH20或CH2, Y為分子單元CH2CH2O或CH2O, η代表單元數， 且η = 7-5000。
4.如權利要求1或2所述的合成方法，其特徵在於，所述介孔矽基納米顆粒選自介孔二 氧化矽、分子篩、多孔生物玻璃、內部負載功能納米顆粒或分子材料的介孔二氧化矽、內部 負載功能納米顆粒或分子材料的分子篩和內部負載功能納米顆粒或分子材料的多孔生物玻璃。
5.如權利要求2所述的合成方法，其特徵在於，步驟O)中，所述含氨基的矽烷偶聯劑 為3-氨基丙基三乙氧基矽烷、N- ( β -氨乙基)-γ -氨丙基三甲氧基矽烷或二乙烯三胺基 丙基三甲氧基矽烷；所述含氨基的矽烷偶聯劑的加入摩爾量為介孔矽基納米顆粒摩爾量的 1/50-1/10。
6.如權利要求2所述的合成方法，其特徵在於，步驟(3)的A中，所述MES緩衝溶液的 濃度為0. lmol/L-lmol/L, pH值為4_6 ；所述醯胺反應劑選自EDC和NHS ；所述醯胺反應劑 的加入量為5mg-50mg。
7.如權利要求2所述的合成方法，其特徵在於，步驟(3)的A中，所述獲得的金納米棒 醯胺化產物的溶液的暫時保存溫度為4°C以下。
8.如權利要求2所述的合成方法，其特徵在於，步驟(3)的B中，所述鑲嵌金納米棒的介孔矽基納米複合材料中Au與Si原子濃度比為0.6-60 1。
9.一種鑲嵌金納米棒的介孔矽基納米複合材料，為根據權利要求1-8任一所述的合成 方法製得。
10.如權利要求9所述的鑲嵌金納米棒的介孔矽基納米複合材料在疾病診斷、疾病治 療，以及生物殺菌領域中的應用。
全文摘要
本發明屬於納米生物醫藥領域，涉及鑲嵌金納米棒的介孔矽基納米複合材料的合成方法，本發明為在金納米棒表面羧基功能化和介孔矽基納米顆粒表面氨基功能化的基礎上，通過醯胺反應將表面羧基功能化的金納米棒與表面氨基功能化的介孔矽基納米顆粒複合，得到外表面均勻、穩定鑲嵌金納米棒的介孔矽基納米複合材料；複合反應直接在水中合成，不用添加催化劑，不用調節酸度或離子強度；簡單易行、無汙染且產量高。所得複合材料，具有良好的分散性、生物相容性和無毒性；具備介孔矽基納米材料高的載藥量和藥物緩釋功能，以及金納米棒將近紅外光轉化為熱的功能，可實現藥物治療和光熱治療協同的治療模式，並可廣泛用於疾病診斷和治療，及生物殺菌等領域。
文檔編號A01P3/00GK102078617SQ201010609438
公開日2011年6月1日 申請日期2010年12月28日 優先權日2010年12月28日
發明者施劍林, 陳航榕, 陳雨, 馬明 申請人:中國科學院上海矽酸鹽研究所