本發(fā)明屬于有機材料技術(shù)領(lǐng)域,具體涉及高生物適應(yīng)性gqd/trolox復合材料的制備方法。

背景技術(shù)：

納米材料在各個領(lǐng)域都有著廣泛的應(yīng)用,其中納米材料在生物方面的應(yīng)用正在逐漸興起。納米尺度的材料具有粒徑小,比表面積大的特點,量子效應(yīng)支配著材料的物理化學性質(zhì)?，F(xiàn)在越來越多的實驗開始證實,納米材料并非全都是有益無害的,由于納米材料的粒徑非常小,它們和生物組織相互作用的可能性會大大增加,有一些微米尺度下無毒的材料到了納米層級卻會產(chǎn)生意想不到的毒副作用。lin用20nm左右的sio2納米顆粒刺激人支氣管癌原性細胞時發(fā)現(xiàn)這些細胞的發(fā)育能力隨著刺激的量和時間的增加逐漸下降(toxicol.appl.pharmacol.2006,217,252–259.)。不僅對癌細胞,sio2納米顆粒對一般的胚胎細胞干細胞也有著抑制作用。又如在無光活化的情況下,用納米銀顆粒來暴露大鼠的神經(jīng)元細胞發(fā)現(xiàn)大鼠神經(jīng)元細胞出現(xiàn)了體積縮小,形狀不規(guī)整以及線粒體等細胞器功能喪失的情況(toxicologicalsciences,2006,92(2):456一463)。不僅在細胞層級上納米材料表現(xiàn)出了不盡如人意的效果,在體外活體實驗中也有大量的研究表示一定劑量的納米材料也會產(chǎn)生明顯的毒性,有學者在含有聚四氟乙烯(ptfe)納米顆粒的環(huán)境下飼養(yǎng)大鼠,當空氣中的聚四氟乙烯的尺寸達到20nm的時候,老鼠出現(xiàn)了大量的死亡現(xiàn)象,但聚四氟乙烯納米粒子的尺寸達到130nm后,大鼠的死亡率有了明顯的下降(science,2003,300(11):243),后續(xù)的實驗也表明,納米材料的生物副作用不能一概而論,同樣的納米材料對于不同的生物個體也可能產(chǎn)生不一樣的影響。

量子點作為一種特殊的納米材料,其優(yōu)異的物理化學性質(zhì)正在吸引廣大科研工作者的注意,同樣,量子點應(yīng)用到生物領(lǐng)域也面臨著納米毒副作用這一壁壘?，F(xiàn)階段用來解決納米材料毒副作用的方式是將量子點做成“核殼結(jié)構(gòu)”。所謂“核殼”結(jié)構(gòu)就是就是在量子點表面包覆上保護性的材料或者連接上修飾性具有生物適應(yīng)性的物質(zhì),諸如sio2,zns,peg等穩(wěn)定且具有生物適應(yīng)性的材料。有一些量子點本身具有毒性,研究較多的主要體現(xiàn)在含有cd,te的量子點(derfusetal.2004),cd量子點具有良好的熒光能力但本身具有劇毒,即使有外殼的包裹,被溶酶體降解后依然能泄露出去,對細胞造成威脅。這限制了cd量子點在生物醫(yī)學中的發(fā)展,kirchner和他的研究團隊(nanoletters,2005,5(2):331-338.)試著定量分析包裹著巰基丙酸或者親水性聚合物的cdse和cdse/zns對細胞的毒性。他們發(fā)現(xiàn)大部分被細胞攝入的納米粒子都堆積在近核的囊泡中,唯一不同的是peg硅烷修飾的量子點攝入量和大小有關(guān),發(fā)綠色熒光的粒子無法進入細胞,而粒徑更大的紅色熒光的量子點卻能進入細胞。實驗結(jié)果表明,對于mpa包裹的cdse/zns量子點,濃度達到5um左右時就會對細胞造成損傷,而peg硅烷修飾的c/z量子點要到30um才會顯現(xiàn)出毒性,研究表明,不同的表面修飾對量子點的毒性有著很大的影響。hoshino和他的研究團隊通過一系列的化學手段制備了cdse@zns以及qd-cooh,qd-nh2,qd-oh,qd-nh2/oh量子點用來刺激vero細胞,最后發(fā)現(xiàn)相比材料本身具有的毒性而言,量子點表面的基團以及修飾的方式才是決定量子點材料毒性的元素(nanoletters,2004,4(11):2163-2169)。chang提出,事實上對量子點表面修飾上生物適應(yīng)性的材料一定程度上限制了細胞對量子點的攝取。為了限制細胞內(nèi)吞,在4℃條件下,實驗采用的peg-cdse和裸cdse量子點對細胞存活率的影響是一致的,高濃度下也能檢測到細胞毒性,表明量子點與細胞膜的相互作用給也在一定程度上引起細胞死亡,他們認為,細胞內(nèi)吞過程中溶酶體對量子點的降解會對細胞產(chǎn)生影響?？偠灾?對量子點的表面修飾是解決量子點毒性的關(guān)鍵環(huán)節(jié)也是必經(jīng)之路。

且目前普遍采取的方式是制備“核殼結(jié)構(gòu)”的量子點,實驗條件苛刻,通常需要用到強酸強堿等材料,并且最后得到的材料“外殼“的厚度難以控制,可能會對最后量子點的熒光性能產(chǎn)生很大的影響,得不償失。

因此,如何找到簡便快捷不對量子點本身性能產(chǎn)生影響并且有著良好生物適應(yīng)性的量子點修飾方法是該研究領(lǐng)域亟待解決的技術(shù)難題。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是針對現(xiàn)有技術(shù)中存在的上述不足,提供一種高分散性且具有高生物適應(yīng)性的gqd/trolox復合材料及其制備方法。gqd/trolox復合材料生物適應(yīng)性高,所需制備工藝簡單,能夠?qū)崿F(xiàn)快速便捷生產(chǎn)。

高生物適應(yīng)性gqd/trolox復合材料,包括石墨烯量子點gqd和修飾在石墨烯量子點gqd上的trolox。

一種高生物適應(yīng)性gqd/trolox復合材料的制備方法,包括以下步驟:

1)在紫外照射條件下制備無菌高純石墨烯量子點溶液和無菌trolox無水乙醇溶液；

2)將步驟1)所得的石墨烯量子點溶液和trolox溶液按一定比例混合攪拌；

3)控溫攪拌,超聲,洗滌,透析,冷凍干燥得到trolox修飾的石墨烯量子點。

按上述方案,石墨烯量子點的尺寸為10nm～15nm左右。

按上述方案,步驟1)所述紫外照射的功率為125-200w。

按上述方案,所述無菌高純石墨烯量子點溶液的制備:取石墨烯量子點紫外照射預殺菌,加無菌水高頻超聲,在紫外照射的條件下透析除雜,得到純化后的石墨烯量子點溶液,然后冷凍干燥得到粉末,用無菌去離子水配制成無菌高純石墨烯量子點溶液,待用。

按上述方案,所述的透析除雜為用5000～10000da的透析膜透析去除殘余酸堿雜質(zhì)。

按上述方案,所述無菌trolox無水乙醇溶液的制備：取trolox粉末紫外照射，加無水乙醇定容后高頻超聲,得無菌trolox無水乙醇溶液,待用。

按上述方案,所述的高頻超聲功率為300-400w。

按上述方案,所述無菌石墨烯量子點溶液的濃度為0.8-1.2mg/ml，無菌trolox無水乙醇溶液的濃度為0.8-1.2mg/ml；所述無菌石墨烯量子點溶液與無菌trolox無水乙醇溶液體積比為2～3:1。

按上述方案,步驟3)所述攪拌溫度在50～80℃，攪拌速度在500～800rpm，攪拌時間在4～6h

按上述方案,步驟3)所述超聲功率在50～200w。

按上述方案,步驟3)所述透析為放入透析袋中透析，透析時間為2-3天，透析袋的孔道大小應(yīng)在5000～10000da。

本發(fā)明原理為:本發(fā)明首先采用物理吸附的方法將石墨烯量子點和trolox進行復合,由于石墨烯量子點擁有很大的比表面積,表面相對原子數(shù)的增多導致原子的配位不足,不飽和鍵和懸鍵變多,這些原子極不穩(wěn)定,很容易與其他原子結(jié)合。通過分子間的范德華力的作用,石墨烯量子在溶液中能與trolox很好地連接在一起。

本發(fā)明的有益效果在于:

1)與化學修飾相比,本發(fā)明以最簡單的成本和操作方法將石墨烯量子點和trolox進行了復合；制備的gqd/trolox復合物結(jié)合穩(wěn)定,粒徑分散均勻,且處理方法簡單、高效，得到的gqd/trolox復合材料具有很好的生物適應(yīng)性。

2)本發(fā)明方法使用的原料均比較環(huán)保,使用的設(shè)備和材料均為常見物品,沒有使用硫酸氫氧化鈉等強酸強堿等腐蝕材料,沒有使用有毒有害的有機表面活性劑和添加劑,安全環(huán)保,符合綠色合成的制備理念。

附圖說明

圖1為本發(fā)明實施例1所制備的gqd/trolox復合材料的tem圖；

圖2為本發(fā)明實施例1所用gqd的熒光光譜圖；

圖3為本發(fā)明實施例1所制備的gqd/trolox復合材料的熒光光譜圖；

圖4為實施例1所制備的gqd/trolox復合材料的ft-ir照片；

圖5為實施例1所制備的gqd/trolox復合材料的cck8測試結(jié)果；

圖6為實例1所制備的gqd/trolox復合材料孵育細胞48小時和72小時后在細胞內(nèi)的熒光結(jié)果。

具體實施方式

下面結(jié)合實施例及附圖對本發(fā)明作進一步說明,但不限定本發(fā)明。

實施例1

制備無菌溶液步驟:

制備無菌高純石墨烯量子點溶液:取10mg石墨烯量子點紫外照射2天,加9.8ml無菌水定容后300w高頻超聲。在紫外照射的條件下用1wda的透析膜透析得到石墨烯量子點溶液,冷凍干燥得到粉末,用無菌去離子水配制成1mg/ml的無菌高純石墨烯量子點溶液,待用。

取10mgtrolox粉末,紫外照射2天。加9.8ml無水乙醇定容后300w高頻超聲,得無菌trolox無水乙醇溶液,待用。

制備gqd/trolox復合材料步驟:取得到的石墨烯量子點溶液與trolox溶液按按2:1混合在80℃下攪拌混合,80w的功率低頻超聲后用1wda透析膜透析后冷凍干燥得到gqd/trolox復合材料,攪拌的轉(zhuǎn)速為800rpm,攪拌時間為4h。

實施例2

制備無菌溶液步驟:

制備無菌高純石墨烯量子點溶液:取10mg石墨烯量子點紫外照射2天,加9.8ml無菌水定容后400w高頻超聲。在紫外照射的條件下用8000da的透析膜透析得到石墨烯量子點溶液,冷凍干燥得到粉末,用無菌去離子水配制成1mg/ml無菌高純石墨烯量子點溶液,待用。

取10mgtrolox粉末,紫外照射2天。加9.8ml無水乙醇定容后400w超聲,得無菌trolox無水乙醇溶液,待用。

制備gqd/trolox復合材料步驟:取得到的石墨烯量子點溶液與trolox溶液按按3:1混合在50℃下攪拌混合,150w的功率低頻超聲后用8000da透析膜透析后冷凍干燥得到gqd/trolox復合材料,攪拌的轉(zhuǎn)速為700rpm,攪拌時間為5h。

如圖1所示,對本發(fā)明實施例1得到的gqd/trolox復合材料進行透射電鏡分析(tem)分析得,由圖可見,trolox修飾過的gqd粒徑在12nm左右。且分散性良好。

圖2為對本發(fā)明實施例1中所用石墨烯量子點的熒光光譜圖(pl)。由pl圖譜看出在430nm波長的激發(fā)光下出現(xiàn)了發(fā)射峰,且相對光強在980左右。

圖3為對本發(fā)明實施例1得到的gqd/trolox復合材料的熒光光譜圖(pl)。由pl圖譜看出在430nm波長的激發(fā)光下出現(xiàn)了有發(fā)射峰,且相對光強在775左右。這表明復合后量子點的熒光性能相對于裸石墨烯量子點得到了很好的保證。

圖4是對本發(fā)明實施例1得到的gqd/trolox復合材料的傅里葉紅外光譜測試分析(ft-ir)。由該圖可見,在2900nm^-1位置上存在著甲基的伸縮振動峰,這表明trolox已經(jīng)成功地修飾在了石墨烯量子點表面。

圖5是對本發(fā)明實施例1得到的gqd/trolox復合材料的細胞毒性測試分析圖(cck8)。由此圖可見,相比裸gqd,修飾后的石墨烯量子點刺激細胞三天后對細胞存活率的提高有著明顯的作用。

圖6是刺激修飾后石墨烯量子點孵育細胞2天和3天后在細胞內(nèi)的熒光圖像。由圖可見，三天內(nèi)細胞的形態(tài)沒有明顯的變化，量子點在細胞內(nèi)依然有著明顯的熒光效果。a,b為gqd/trolox孵育細胞48h的熒光圖像，(a,b為同一位置的相差圖像)；c,d為72小時的熒光圖像(c,d為同一位置的相差圖像)。