一種鈰納米顆粒表面修飾方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種鈰納米顆粒（CNPs）表面修飾方法，包括用微乳液法或高溫?zé)岱纸夥ǚ謩e合成了雙（2-乙己基）磺基丁二酸包被的鈰納米顆粒及油胺包被的鈰納米顆粒；然后通過化學(xué)反應(yīng)將雙磷酸化合物同聚乙二醇共價(jià)結(jié)合得到修飾配體；最后通過配體交換將修飾配體結(jié)合到納米顆粒表面，得到表面修飾的鈰納米顆粒，該鈰納米顆粒具有分散性好、穩(wěn)定性高、酶學(xué)活性可控等特征。該修飾鈰納米顆粒可用于生物醫(yī)藥、化工等領(lǐng)域。
【專利說明】一種鈰納米顆粒表面修飾方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于生物醫(yī)藥化學(xué)領(lǐng)域，具體涉及一種鈰納米顆粒表面修飾方法，具體地說是涉及一種將BP類小分子同PEG共價(jià)結(jié)合后用于對(duì)不同方法合成的CNPs進(jìn)行表面修飾的方法，特別涉及對(duì)微乳液法和高溫?zé)岱纸夥ê铣傻腃NPs進(jìn)行表面修飾。
【背景技術(shù)】
[0002]鈰納米顆粒，在本發(fā)明中將“鈰納米顆粒”又稱為“CNPs”，由于其表面Ce37Ce4+共存從而表現(xiàn)出類似超氧化物歧化酶(Chem.Commun.2007, 1056 - 1058)、氧化酶(Angew.Chem.1nt.Ed.2009，48，2308 - 2312)和過氧化氫酶(Chem.Commun.2010，46，2736 - 2738)的酶學(xué)活性，使其在再生醫(yī)學(xué)(J.Mater.Chem.2010，20，8912-8919; Biomaterials2013, 34，2194-2201)、清除自由基(Nanoscale2011, 3，1411-1420;Chem.Soc.Rev.2010，39，4422-4432)及相關(guān)疾病治療(Nat.Nanotechnol.2006，I, 142-150; Angew.Chem.1nt.Ed.2012, 51，11039-11043)等方向都具有十分廣闊的應(yīng)用前景。盡管應(yīng)用前景較好，但現(xiàn)有研究大多致力于CNPs生物學(xué)效應(yīng)研究，而忽略了 CNPs表面修飾，因此絕大多數(shù)現(xiàn)有研究所使用的 CNPs 均未經(jīng)表面修飾(Adv.Funct.Mater.2010, 20, 1617-162; Biomaterials2012, 33，8771-8781;Nano Lett.2005，5，2573-2577;Biomaterials2007, 28，1918-1925;ACS Nano2013, 7，4855-4868)。
[0003]未經(jīng)表面修飾的納米顆粒進(jìn)入體內(nèi)后很快發(fā)生團(tuán)聚，從而導(dǎo)致納米顆粒非特異性的吸附生物大分子，由此形成的納米顆粒-生物大分子復(fù)合物很快被體內(nèi)單核吞噬系統(tǒng)所識(shí)別并捕獲，納米顆粒無法到達(dá)靶標(biāo)位點(diǎn)；此外，納米顆粒團(tuán)聚還必然使其活性降低。這些局限可嚴(yán)重削弱納米顆粒的生物利用度，因此對(duì)其表面進(jìn)行適當(dāng)修飾極為必要。在納米顆粒表面修飾PEG是提高納米顆粒穩(wěn)定性，減少單核吞噬系統(tǒng)捕獲納米顆粒的有效手段之一(Angew.Chem.1nt.Ed.2011，50，1980-1994;Nanomedicine2011, 6，715-728)，因此過往研究曾嘗試在 CNPs 表面修飾 PEG,如 A.S.Karakoti (J.Am.Chem.Soc.2009，131，14144-14145)等直接在PEG溶液中合成CNPs，但這種方法會(huì)有大尺寸納米顆粒生成，并且納米顆粒表面并無可進(jìn)一步反應(yīng)的活性功能團(tuán)，難以進(jìn)一步同其他功能分子連接，另外該報(bào)道未就CNPs在生理?xiàng)l件下的穩(wěn)定性等進(jìn)行研究。除此之外，L.Qi (ACS Nano2008，2，879-888)等與A.Cimini (Acta Biomater.2012, 8, 2056-2067)等也嘗試了用小分子作為 PEG 的錨定基團(tuán)對(duì)CNPs進(jìn)行PEG化研究，這些研究并未對(duì)PEG化后納米顆粒的穩(wěn)定性、單核吞噬系統(tǒng)的捕獲等進(jìn)行系統(tǒng)研究，因此其有效性還不能確定；最近C.K.Kim等(Angew.Chem.1nt.Ed.2012, 51，11039-11043)將磷脂修飾到PEG上，通過磷脂同CNPs表面原有保護(hù)分子油胺之間的疏水性相互作用對(duì)納米顆粒進(jìn)行PEG化，該研究雖然得到了較為穩(wěn)定的PEG化的CNPs，但該方法未將納米顆粒表面原有的油胺去除，油胺為有毒物質(zhì)，其進(jìn)入體內(nèi)后可產(chǎn)生不可預(yù)知的毒副作用。
[0004]雙磷酸(簡(jiǎn)稱“BP”)化合物具有穩(wěn)定性高，以及容易同鈣、銅、鐵、鈾、鎂等金屬或金屬氧化物能形成二齒甚至是多齒配體的特點(diǎn)(J.Control.Release.2013，167，175 - 188)，目前已有文獻(xiàn)報(bào)道BP化合物用于鐵(Chem.Commun.2008，2553-2555;ACSNano2013, 7，500 - 512)、磷酸鈣(J.Control.Release.2011，150，87 - 93)等納米顆粒表面修飾，但尚未見用BP化合物用于CNPs表面修飾的文獻(xiàn)報(bào)道，更未見用其作為錨定分子對(duì)CNPs進(jìn)行PEG化研究的報(bào)道。
[0005]針對(duì)現(xiàn)有CNPs表面修飾方法存在的局限，本發(fā)明用BP化合物作為錨定基團(tuán)，成功實(shí)現(xiàn)了 CNPs表面PEG化。本發(fā)明所得到的PEG化的CNPs可在生理?xiàng)l件下，即高離子強(qiáng)度、高蛋白質(zhì)濃度條件下長(zhǎng)期穩(wěn)定，并且PEG化后的CNPs被巨噬細(xì)胞識(shí)別的幾率大大降低。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明針對(duì)未經(jīng)表面修飾的CNPs容易團(tuán)聚和非特異性吸附生物大分子的關(guān)鍵問題，提供了一種鈰納米顆粒表面修飾方法。本發(fā)明的修飾方法獲得的表面修飾CNPs具有分散性好、穩(wěn)定性高和酶學(xué)活性可控等特點(diǎn)，可用于生物醫(yī)學(xué)、能源、化工等領(lǐng)域。
[0007]本發(fā)明的一種鈰納米顆粒表面修飾方法，包括以下步驟:
[0008]I)制備鈰納米顆粒(CNPs)，包括以下方法之一:①微乳液法，將雙(2-乙己基)磺基丁二酸(簡(jiǎn)稱“Α0Τ”)溶于甲苯中，在雙氧水的存在下與硝酸鈰反應(yīng)，反應(yīng)后靜置過夜分散在甲苯中，得到鈰納米顆粒，簡(jiǎn)稱“MCNPs”，其粒徑為3-5nm 高溫?zé)岱纸夥?，將硝酸鈰溶于油胺?-十八烯中，在氬氣保護(hù)下加熱回流反應(yīng)，冷卻至室溫后加入丙酮-無水乙醇混合溶液(60-100mL)，離心分離沉淀，然后將沉淀分散在正己烷中得到粒徑為3-5nm的鈰納米顆粒，簡(jiǎn)稱“TCNPs”；
[0009]2)制備納米顆粒表面修飾配體:將式I所示的PEG、1乙基-(3- 二甲基氨基丙基)碳酰二亞胺鹽酸鹽(EDC.HCl)和N-羥基琥珀酰亞胺(NHS)在二氯甲烷中反應(yīng)，然后旋蒸除掉二氯甲烷，然后加入將式II所示的BP化合物和碳酸鈉的水溶液，室溫反應(yīng)得到納米顆粒表面修飾配體，簡(jiǎn)稱“BP-PEG”，
`[0010]
【權(quán)利要求】
1.一種鈰納米顆粒表面修飾方法，包括以下步驟: 1)制備鈰納米顆粒，包括以下方法之一:①微乳液法，將AOT溶于甲苯中，在雙氧水的存在下與硝酸鈰反應(yīng)，反應(yīng)后靜置過夜分散在甲苯中，得到鈰納米顆粒(MCNPs)，其粒徑為3-5nm 高溫?zé)岱纸夥?，將硝酸鈰溶于油胺?_十八烯中，在氬氣保護(hù)下加熱回流反應(yīng)，冷卻至室溫后加入丙酮-無水乙醇混合溶液，離心分離沉淀，然后將沉淀分散在正己烷中得到粒徑為3-5nm的鈰納米顆粒TCNPs ； 2)制備納米顆粒表面修飾配體:將式I所示的PEG、1-乙基-(3-二甲基氨基丙基)碳酰二亞胺鹽酸鹽和N-羥基琥珀酰亞胺在二氯甲烷中反應(yīng)，然后蒸發(fā)二氯甲烷，然后加入將式II所示的雙磷酸化合物和碳酸鈉的水溶液，室溫反應(yīng)得到納米顆粒表面修飾配體BP-PEG，
2.如權(quán)利要求1的修飾方法，進(jìn)一步包括以下步驟: (1)鋪納米顆粒的制備，選自下列方法之一，①微乳液法，將AOT溶于50mL甲苯后加入硝酸鈰，攪拌45min后用蠕動(dòng)泵以l_5r/min的速度將30%的雙氧水滴加到上述溶液，室溫反應(yīng)0.45-lh，靜置過夜后分散在甲苯中得到鈰納米顆粒MCNPs，其粒徑為3-5nm 高溫?zé)岱纸夥?，將硝酸鈰溶?0%的油胺和90%的1-十八烯中，攪拌混勻后3min內(nèi)升溫至80°C，IS氣保護(hù)下反應(yīng)20-40min,在冷凝回流及通気氣條件下8min內(nèi)升溫至260°C反應(yīng)l_3h,冷卻至室溫后加入丙酮-無水乙醇混合溶液60-100mL，離心分離沉淀后用相同溶液清洗多次，最后將其分散在正己烷中得到粒徑為3-5nm的鈰納米顆粒TCNPs，將鈰納米顆粒TCNPs分散于四氫呋喃中用于下步配體交換反應(yīng)； (2)納米顆粒表面修飾配體的合成:將式I所示的PEG、1-乙基-(3-二甲基氨基丙基)碳酰二亞胺鹽酸鹽和N-羥基琥珀酰亞胺溶于2-4mL 二氯甲烷中，室溫反應(yīng)4-8h后旋蒸除掉二氯甲烷；然后將II所示的BP化合物和碳酸鈉溶入4mL水溶液后加入到上述產(chǎn)物中，室溫反應(yīng)12-24h后得到納米顆粒表面修飾配體BP-PEG ；
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的修飾方法，其特征在于，步驟(1)中所述微乳液法中AOT用量為0.5-1.5g、硝酸鈰用量為2.5mL (0.lmol/L)、雙氧水用量為4_6mL ;所述高溫?zé)岱纸夥ê铣蒚CNPs中硝酸鈰用量為0.434g、油胺用量為0.8-1.0gU-十八稀用量為3_5g，所述丙酮-無水乙醇混合液中丙酮與無水乙醇體積比例為1:1-0.25。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的修飾方法，其特征在于，步驟(2)中所述碳酸鈉用量為50mg；所述式I的PEG: 1-乙基-(3- 二甲基氨基丙基)碳酰二亞胺鹽酸鹽:N-羥基琥珀酰亞胺:雙磷酸化合物所用摩爾比為2-5:2-4:2-4:1-2。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的修飾方法，其特征在于，步驟(3)中所述MCNPs和TCNPs濃度均為0.5-1.0mg/mL ;所述配體交換反應(yīng)中水相與有機(jī)相的體積比為1:1_3。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的修飾方法，其特征在于，步驟(1)、(2)、(3)中所述室溫范圍為 10-30 0C ο
7.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的修飾方法，所述雙磷酸化合物選自阿侖膦酸、帕米膦酸和奈立膦酸或它們的鈉鹽。
8.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的修飾方法，所述式I的PEG為PEG二羧酸。
9.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的修飾方法，所述式I的PEG的重均分子量為600-2000。
【文檔編號(hào)】B22F1/00GK103551567SQ201310571171
【公開日】2014年2月5日 申請(qǐng)日期:2013年11月13日 優(yōu)先權(quán)日:2013年11月13日
【發(fā)明者】楊小超, 陽章友, 李蓉, 賀建, 董世武, 羅圣霖, 江虹, 白燕 申請(qǐng)人:中國(guó)人民解放軍第三軍醫(yī)大學(xué)