一種制備高熒光效率谷胱甘肽封裝鐵基異質(zhì)結(jié)的方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種制備高熒光效率谷胱甘肽封裝鐵基異質(zhì)結(jié)的方法。該方法分兩步進(jìn)行，第一步：采用腐敗希瓦氏菌MR-1還原針鐵礦得到納米級(jí)鐵素體，并引入七種二價(jià)過(guò)渡金屬離子（鎂、錳、鈷、鎳、鋅鎂、鋅錳和鋅鎳）取代二價(jià)鐵，得到赤鐵礦-鐵素體的核-殼型鐵基異質(zhì)結(jié)；第二步：將異質(zhì)結(jié)溶入谷胱甘肽和氯化鈣混合溶液中，避光靜置后冷凍干燥，得到谷胱甘肽封裝鐵基異質(zhì)結(jié)。該方法獲得了多種具有赤鐵礦（內(nèi)核）-過(guò)渡金屬修飾鐵素體-谷胱甘肽（雙殼層）的異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)，可應(yīng)用于磁共振成像、靶向給藥和磁熱療等領(lǐng)域。
【專利說(shuō)明】一種制備高熒光效率谷胱甘肽封裝鐵基異質(zhì)結(jié)的方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種制備高熒光效率谷胱甘肽封裝鐵基異質(zhì)結(jié)的方法，屬于復(fù)合材料領(lǐng)域。

【背景技術(shù)】
[0002]納米復(fù)合顆粒可以快速響應(yīng)溫度、磁場(chǎng)、光等外界刺激，這可應(yīng)用于生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域，例如超順磁性氧化鐵納米顆粒的成像造影劑已經(jīng)被廣泛地應(yīng)用在磁共振成像、靶向給藥和磁熱療等。為了滿足臨床要求，成像造影劑的表面必須被官能為了同時(shí)應(yīng)對(duì)外部溫度和光刺激和改善的化學(xué)穩(wěn)定性。目前，磁性和發(fā)光材料結(jié)合已成為細(xì)胞標(biāo)記研究的熱點(diǎn)課題。它們可以通過(guò)利用非侵入性的磁共振成像識(shí)別手術(shù)期間惡性組織和高分辨率熒光成像，以確定腫瘤邊緣與詳細(xì)的亞細(xì)胞信息，以提高手術(shù)治療癌癥的方法。各種已合并磁性納米顆粒，以產(chǎn)生雙官能納米粒。最近，已經(jīng)報(bào)道了雙重刺激響應(yīng)復(fù)合諸如pH和溫度響應(yīng)的發(fā)光探針如量子點(diǎn)和有機(jī)染料，研究較廣的材料多為谷胱甘肽(GSH)封裝碲化鎘、谷胱甘肽(GSH)封裝硫化鋅等熒光量子點(diǎn)，但很少有多功能納米粒子(熒光、磁性和光敏)的報(bào)道。
[0003]在眾多待選熒光材料中，四氧化三鐵以價(jià)格低廉、生物毒性低、易于合成、強(qiáng)磁性等優(yōu)勢(shì)吸引了研究者的目光，但單一四氧化三鐵納米顆粒與表面生物小分子作用時(shí)容易出現(xiàn)二重態(tài)簡(jiǎn)并轉(zhuǎn)入三重態(tài)的電子輸運(yùn)方式，即熒光淬滅。為了解決四氧化三鐵納米顆粒的熒光淬滅問(wèn)題，多種過(guò)渡金屬和有機(jī)物已用于異質(zhì)結(jié)的電傳導(dǎo)性修飾。然而，傳統(tǒng)的物理或化學(xué)方法都難以避免因高溫退火產(chǎn)生無(wú)機(jī)材料表面缺陷和有機(jī)材料分子老化。此外，采用η型赤鐵礦外殼包覆P型鐵素體內(nèi)核容易造成異質(zhì)結(jié)內(nèi)有效電子傳遞方向的轉(zhuǎn)變，降低納米包覆體的磁性和顆粒表面捕獲有效電子和空穴的速率。因此，采用希瓦氏奧奈達(dá)湖MR-1(革蘭氏陰性、兼性厭氧菌)在室溫調(diào)價(jià)下開(kāi)發(fā)了七種單一過(guò)渡金屬修飾赤鐵礦和軟磁體。這項(xiàng)工作的目的是調(diào)查鐵基異質(zhì)結(jié)對(duì)谷胱甘肽(GSH)熒光特性的影響。該方法合成的材料與現(xiàn)有技術(shù)相比:具有低毒性、低表面缺陷、光熱磁多功能等優(yōu)點(diǎn)。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明目的在于，提供一種制備高熒光效率谷胱甘肽封裝鐵基異質(zhì)結(jié)的方法，該方法該方法分兩步進(jìn)行，第一步:采用腐敗希瓦氏菌MR-1還原針鐵礦得到納米級(jí)鐵素體，并引入七種二價(jià)過(guò)渡金屬離子鎂、錳、鈷、鎳、鋅鎂、鋅錳和鋅鎳取代二價(jià)鐵，得到赤鐵礦-鐵素體的核-殼型鐵基異質(zhì)結(jié)；第二步:將異質(zhì)結(jié)溶入谷胱甘肽和氯化鈣混合溶液中，避光靜置12小時(shí)后冷凍干燥，得到谷胱甘肽封裝鐵基異質(zhì)結(jié)。該方法獲得了多種具有赤鐵礦(內(nèi)核)_過(guò)渡金屬修飾鐵素體-谷胱甘肽(雙殼層)的異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)，可應(yīng)用于磁共振成像、靶向給藥和磁熱療等領(lǐng)域。
[0005]本發(fā)明所述的一種制備高熒光效率谷胱甘肽封裝鐵基異質(zhì)結(jié)的方法，按下列步驟進(jìn)行:
a、將過(guò)渡金屬為氯化鉻、氯化鈷、氯化錳、氯化鎳分別和六水合氯化鐵混合，或復(fù)合摻雜過(guò)渡金屬氯化鋅-氯化鎂、氯化鋅-氯化錳、氯化鋅-氯化鎳分別和六水合氯化鐵混合，然后將各混合物分別在溫度85°C和pH 2的硝酸水溶液條件下回流2小時(shí)，靜置，真空溫度50°C干燥20小時(shí)，得到七種單一過(guò)渡金屬修飾赤鐵礦和軟磁體，其中過(guò)渡金屬離子:鐵離子摩爾比1:2，復(fù)合摻雜過(guò)渡金屬離子:鐵離子摩爾比為0.5:0.5:2 ;
b、將30克/升腐敗希瓦氏菌MR-1在胰蛋白胨大豆肉湯培養(yǎng)基培養(yǎng)48小時(shí)，在溫度5°C冷凍條件下離心出MR-1菌種，將離心的MR-1菌種和步驟a得到的七種單一過(guò)渡金屬修飾赤鐵礦和軟磁體90毫摩爾分別加入到礦化培養(yǎng)基中，調(diào)節(jié)溶液pH值為6，并同時(shí)加入1，4-哌嗪二乙磺酸和蒽醌-2，6-雙磺酸鹽緩解細(xì)胞與FeO(OH)粉體接觸，其中礦化培養(yǎng)基組分為(NH4) 2S04 9.0mM, K2HPO4 5.7 mM, KH2PO4 3.3 mM, NaHCO3 2.0mM, MgSO4.7H20 1.01 mM, CaCl2.2H20 0.485 mM,乙二胺四乙酸鐵鈉 67.2 μ M, H3BO356.6 μ Μ, NaCl 10.0 μ M, FeSO4.7Η20 5.4 μ Μ, CoSO4 5.0 μ Μ, Ni (NH4)2(SO4)2 5.0 μ Μ,Na2MoO4 3.87 μ Μ, Na2SeO4 1.5 μ Μ, MnSO4 1.26 μ Μ, ZnSO4 1.04 μ Μ, CuSO40.2 μ Μ,精氨酸20mg/L,谷氨酸20 mg/L和絲氨酸mg/L ；
C、將步驟b的反應(yīng)液厭氧密封，在溫度30°C條件下避光保存45天，離心，真空溫度70°C干燥48小時(shí)，獲得鐵基異質(zhì)結(jié)；
d、將步驟c得到的鐵基異質(zhì)結(jié)溶于0.5-1毫摩爾/克的谷胱甘肽和氯化鈣混合的水溶液，配成摩爾比鐵基異質(zhì)結(jié):谷胱甘肽:氯化鈣=1:1:2的混合溶液，超聲振蕩，靜置12小時(shí)，冷凍干燥后得到谷胱甘肽封裝的鐵基異質(zhì)結(jié)。
[0006]本發(fā)明所述的一種制備高熒光效率谷胱甘肽封裝鐵基異質(zhì)結(jié)的方法，該方法中所涉及的腐敗希瓦氏菌MR-1 (革蘭氏陰性、兼性厭氧菌)為購(gòu)買(mǎi)產(chǎn)品，由美國(guó)邁阿密大學(xué)、中國(guó)地質(zhì)大學(xué)、西南科技大學(xué)董海良課題組提供，腐敗希瓦氏菌MR-1基因組為42c型細(xì)胞色素，細(xì)胞外基質(zhì)的細(xì)胞色素(胰蛋白色素A-0mcA、胰蛋白色素C-MtrC和胰蛋白色素B-MtrB)和鐵氫化酶被定位在內(nèi)膜和外膜的不同位置，形成“分子線”構(gòu)型，提供了不溶電子受體和電子移動(dòng)進(jìn)出細(xì)胞的通路。
[0007]礦化培養(yǎng)基組分為其中礦化培養(yǎng)基組分為(NH4)2SO4 9.0mM, K2HPO4 5.7 mM, KH2PO43.3 mM, NaHCO3 2.0 mM, MgSO4.7H20 1.01 mM, CaCl2.2H20 0.485 mM,乙二胺四乙酸鐵鈉67.2 μ M, H3BO3 56.6 μ Μ, NaCl 10.0 μ M, FeSO4.7Η20 5.4 μ Μ, CoSO4 5.0 μ Μ, Ni (NH4) 2 (SO4) 25.0 μ Μ, Na2MoO4 3.87 μ Μ, Na2SeO4 1.5 μ Μ, MnSO4 1.26 μ Μ, ZnSO4 1.04 μ Μ, CuSO40.2 μ Μ,精氨酸20mg/L,谷氨酸20 mg/L和絲氨酸mg/L。

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0008]圖1為本發(fā)明經(jīng)過(guò)45天微生物礦化處理得到的七種鐵基異質(zhì)結(jié)的掃描電鏡照片圖；
圖2為本發(fā)明經(jīng)過(guò)45天微生物礦化處理得到的鉻修飾鐵基異質(zhì)結(jié)和鋅鎳修飾鐵基異質(zhì)結(jié)的能量彌散X射線譜；
圖3為本發(fā)明經(jīng)過(guò)谷胱甘肽封裝鐵基異質(zhì)結(jié)后在488納米激光激發(fā)下得到的最終產(chǎn)物的倒置熒光照片圖。

【具體實(shí)施方式】
[0009]實(shí)施例1
a、按摩爾比為鉻、鈷、錳、鎳:鐵=1:2稱取氯化鉻、氯化鈷、氯化錳、氯化鎳和分別六水合氯化鐵原料混合，然后將各混合物分別在溫度85°C的pH值為2硝酸水溶液中回流，反應(yīng)物即發(fā)生膠溶回流反應(yīng)，溶液由無(wú)色透明變?yōu)榧t(鉻)、黃(鈷)、綠(錳)和藍(lán)(鎳)色懸濁液，2小時(shí)反應(yīng)結(jié)束，靜置后溫度50°C真空干燥20小時(shí)，得到土黃色粉末產(chǎn)物，即四種單一過(guò)渡金屬修飾氫氧化氧鐵；
b、將30克/升腐敗希瓦氏菌MR-1在胰蛋白胨大豆肉湯培養(yǎng)基中培養(yǎng)48小時(shí)，在溫度5°C冷凍條件下離心出腐敗希瓦氏菌MR-1菌種，將離心的MR-1菌種和步驟a得到的四種單一過(guò)渡金屬修飾氫氧化氧鐵90毫摩爾分別加入到礦化培養(yǎng)基組分為(NH4)2SO49.0mM, K2HPO4 5.7 mM, KH2PO4 3.3 mM, NaHCO3 2.0 mM, MgSO4.7H20 1.01 mM, CaCl2.2H20
0.485 mM,乙二胺四乙酸鐵鈉 67.2 μ M, H3BO3 56.6 μ Μ, NaCl 10.0 μ M, FeSO4.7Η205.4 μ Μ, CoSO4 5.0 μ Μ, Ni (NH4) 2 (SO4) 2 5.0 μ Μ, Na2MoO4 3.87 μ Μ, Na2SeO4 1.5 μ Μ, MnSO4
1.26 μ Μ，ZnSO4 1.04 μ Μ, CuSO40.2 μ Μ，精氨酸 20mg/L，谷氨酸 20 mg/L 和絲氨酸 mg/L中，調(diào)節(jié)pH值為6，并同時(shí)加入0.2微摩爾/升1，4-哌嗪二乙磺酸和0.2微摩爾/升蒽醌-2，6-雙磺酸鹽緩解細(xì)胞與FeO(OH)粉體接觸；
C、將步驟b的反應(yīng)液厭氧密封，在溫度30°C條件下避光振蕩45天，反應(yīng)物即發(fā)生微生物Fe3+-Fe2+還原和二價(jià)過(guò)渡金屬取代Fe 2+反應(yīng)，表面顏色由紅褐(鉻)、土黃(鈷)、淺綠(錳)和淺藍(lán)(鎳)色變?yōu)橥咙S色懸濁液，反應(yīng)結(jié)束后得到紅(鉻)色和土黃色粉末，真空溫度70°C干燥48小時(shí)，獲得四種單一過(guò)渡金屬修飾鐵基異質(zhì)結(jié)，回收率均大于85% ；
d、利用2摩爾氯化鈣將I摩爾谷胱甘肽分子兩端的給電子端基固定，得到裸露琉基的谷胱甘肽溶液，溶液為無(wú)色透明狀，然后將步驟c得到的過(guò)渡金屬修飾鐵基異質(zhì)結(jié)I摩爾溶于0.5毫摩/克的谷胱甘肽和氯化鈣混合的水溶液，配成摩爾比鐵基異質(zhì)結(jié):谷胱甘肽:氯化鈣=1:1:2的混合溶液，超聲振蕩，靜置12小時(shí)，反應(yīng)物即發(fā)生表面包覆反應(yīng)，溶液顏色由澄清變?yōu)闇啙?，冷凍干燥后得到谷胱甘肽封裝單一過(guò)渡金屬修飾鐵基異質(zhì)結(jié)，回收率100%，鉻和鎳修飾鐵基異質(zhì)結(jié)在488納米光源激發(fā)下的局部出現(xiàn)熒光增強(qiáng)效應(yīng)，錳和鈷修飾鐵基異質(zhì)結(jié)在488納米光源激發(fā)下產(chǎn)生熒光猝滅效應(yīng)。
[0010]實(shí)施例2
a、按摩爾比為鎂、錳或鎳:鋅:鐵=0.5:0.5:2稱取氯化鋅-氯化鎂、氯化鋅-氯化錳、氯化鋅-氯化鎳分別和六水合氯化鐵原料混合，然后將各混合物分別在溫度85°C下的pH值為2硝酸水溶液中回流，反應(yīng)物即發(fā)生膠溶回流反應(yīng)，溶液由無(wú)色透明變?yōu)橥咙S色懸濁液，2小時(shí)反應(yīng)結(jié)束，靜置，在溫度50°C真空干燥20小時(shí)，得到土黃色粉末產(chǎn)物，即得到三種復(fù)合摻雜過(guò)渡金屬共修飾氫氧化氧鐵；
b、將30克/升腐敗希瓦氏菌MR-1在胰蛋白胨大豆肉湯培養(yǎng)基中培養(yǎng)48小時(shí)，在溫度5°C冷凍條件下離心出腐敗希瓦氏菌MR-1菌種，將離心的MR-1菌種和步驟a得到的四種單一過(guò)渡金屬修飾氫氧化氧鐵90毫摩爾分別加入到礦化培養(yǎng)基組分為(NH4)2SO49.0mM, K2HPO4 5.7 mM, KH2PO4 3.3 mM, NaHCO3 2.0 mM, MgSO4.7H20 1.01 mM, CaCl2.2H20
0.485 mM,乙二胺四乙酸鐵鈉 67.2 μ M, H3BO3 56.6 μ Μ, NaCl 10.0 μ M, FeSO4.7Η205.4 μ Μ, CoSO4 5.0 μ Μ, Ni (NH4) 2 (SO4) 2 5.0 μ Μ, Na2MoO4 3.87 μ Μ, Na2SeO4 1.5 μ Μ, MnSO4
1.26 μ Μ，ZnSO4 1.04 μ Μ, CuSO40.2 μ Μ，精氨酸 20mg/L，谷氨酸 20 mg/L 和絲氨酸 mg/L中，調(diào)節(jié)pH值為6，并同時(shí)加入0.2微摩爾/升1，4-哌嗪二乙磺酸和0.2微摩爾/升蒽醌-2，6-雙磺酸鹽緩解細(xì)胞與FeO(OH)粉體接觸；
C、將步驟b的反應(yīng)液調(diào)節(jié)pH值為6，厭氧密封，在溫度30°C條件下避光振蕩45天，反應(yīng)物即發(fā)生微生物Fe3+-Fe2+還原和過(guò)渡金屬共取代Fe 2+反應(yīng)，表面顏色由土黃色粉末變?yōu)闇\黃色懸濁液，反應(yīng)結(jié)束后得到土黃色粉末，真空溫度70°C干燥48小時(shí)，獲得三種復(fù)合摻雜過(guò)渡金屬共修飾鐵基異質(zhì)結(jié)，回收率均大于90.5% ；
d、利用2摩爾的氯化鈣將I摩爾的谷胱甘肽分子兩端的給電子端基固定，得到裸露琉基的谷胱甘肽溶液，溶液為無(wú)色透明狀，然后將I摩爾的過(guò)渡金屬修飾鐵基異質(zhì)結(jié)溶于I摩爾的氯化鈣-谷胱甘肽溶液，超聲振蕩，靜置12小時(shí)，反應(yīng)物即發(fā)生表面包覆反應(yīng)，溶液顏色由澄清變?yōu)闇啙?，冷凍干燥后得到谷胱甘肽封裝過(guò)渡金屬共修飾鐵基異質(zhì)結(jié)，回收率100%,所得到的最終產(chǎn)物在488納米光源激發(fā)下的均出現(xiàn)熒光增強(qiáng)效應(yīng)，且熒光范圍高于單一過(guò)渡金屬修飾鐵基異質(zhì)結(jié)。
[0011]本發(fā)明所述的一種制備高熒光效率谷胱甘肽封裝鐵基異質(zhì)結(jié)的方法，從圖1中可以看出產(chǎn)物為大量200納米以下的反應(yīng)物包裹顆粒，這說(shuō)明過(guò)渡金屬均能降低鐵基異質(zhì)結(jié)的表面團(tuán)聚，提高粉體的分散性。此外，通過(guò)不同顆粒形貌判斷出產(chǎn)物由兩相結(jié)構(gòu)組成；從圖2中可以看出最終產(chǎn)物中包含一定濃度的過(guò)渡金屬離子，且結(jié)合掃描電鏡照片判斷過(guò)渡金屬離子已進(jìn)入到晶格結(jié)構(gòu)當(dāng)中；從圖3中可以看出由于鈷或錳離子的電子軌道與鐵離子較為接近，有效電子和空穴的復(fù)合幾率較高，因此，谷胱甘肽(GSH)封裝這兩種鐵基異質(zhì)結(jié)時(shí)表面的給電子基團(tuán)-吸電子基團(tuán)的有效電子-空穴被異質(zhì)結(jié)湮滅，產(chǎn)生了熒光猝滅。通過(guò)改善過(guò)渡金屬離子和鐵離子的電子軌道差，以便產(chǎn)生有效電子的多個(gè)梯度的躍遷能級(jí)，本發(fā)明制得鉻和鎳離子單獨(dú)修飾或鋅鎂和鋅鎳共同修飾鐵素體，其可明顯增強(qiáng)鐵基異質(zhì)結(jié)的熒光強(qiáng)度。
【權(quán)利要求】
1.一種制備高熒光效率谷胱甘肽封裝鐵基異質(zhì)結(jié)的方法，其特征在于按下列步驟進(jìn)行: ￡1、將過(guò)渡金屬為氯化鉻、氯化鈷、氯化錳、氯化鎳分別和六水合氯化鐵混合，或復(fù)合摻雜過(guò)渡金屬氯化鋅-氯化鎂、氯化鋅-氯化錳、氯化鋅-氯化鎳分別和六水合氯化鐵混合，然后將各混合物分別在溫度851和邱2的硝酸水溶液條件下回流2小時(shí)，靜置，真空溫度501干燥20小時(shí)，得到七種單一過(guò)渡金屬修飾赤鐵礦和軟磁體，其中過(guò)渡金屬離子:鐵離子摩爾比1:2，復(fù)合摻雜過(guò)渡金屬離子:鐵離子摩爾比為0.5:0.5:2 ； I將30克/升腐敗希瓦氏菌1卜1在胰蛋白胨大豆肉湯培養(yǎng)基培養(yǎng)48小時(shí)，在溫度51冷凍條件下離心出18-1菌種，將離心的18-1菌種和步驟3得到的七種單一過(guò)渡金屬修飾赤鐵礦和軟磁體90毫摩爾分別加入到礦化培養(yǎng)基中，調(diào)節(jié)溶液邱值為6，并同時(shí)加入1,4-哌嗪二乙磺酸和蒽醌-2，6-雙磺酸鹽緩解細(xì)胞與？60(0?)粉體接觸，其中礦化培養(yǎng)基組分為(順4) 2804 9.0禮，切？04 5.7禮，狃2？04 3.3禮，髓(? 2.0禮，1叻04.7?。?0 1.01 1111, 03012 ? 2?。?0 0.485 禮，乙二 胺四乙酸鐵鈉 67.2 9 1，?。?803.56.6 111, ^01 10.0 9 1，？6304.7??！20 5.4 111, 00804 5.0 111, (^4)3(804)3 5.0 9 1，琴。04 3.87 111, ^28604 1.5 9 1，111304 1.26 ^ 1, 211804 1.0491，?:113040丨 2 9 1，精氨酸20^/1,谷氨酸20 ^/1和絲氨酸呢/1 ； 匕將步驟6的反應(yīng)液厭氧密封，在溫度301條件下避光保存45天，離心，真空溫度701干燥48小時(shí)，獲得鐵基異質(zhì)結(jié)； 么將步驟0得到的鐵基異質(zhì)結(jié)溶于0.5-1毫摩爾/克的谷胱甘肽和氯化鈣混合的水溶液，配成摩爾比鐵基異質(zhì)結(jié):谷胱甘肽:氯化鈣=1:1:2的混合溶液，超聲振蕩，靜置12小時(shí)，冷凍干燥后得到谷胱甘肽封裝的鐵基異質(zhì)結(jié)。
【文檔編號(hào)】C12R1/01GK104480145SQ201510010980
【公開(kāi)日】2015年4月1日 申請(qǐng)日期:2015年1月10日 優(yōu)先權(quán)日:2015年1月10日
【發(fā)明者】邊亮, 徐金寶, 李海龍, 侯文平, 董海良, 史發(fā)年, 王磊, 任衛(wèi), 張曉艷 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院新疆理化技術(shù)研究所