一种氨基酸修饰的金属富勒烯水溶性纳米颗粒及其制备方法与应用技术

本发明专利技术公开了一种氨基酸修饰的金属富勒烯水溶性纳米颗粒及其制备方法与应用。氨基酸修饰的金属富勒烯水溶性纳米颗粒，它的结构通式为metallofullerene@C

Amino acid modified metal fullerene water soluble nanometer particle and preparation method and application thereof

The invention discloses an amino acid modified metal fullerene water soluble nanometer particle and a preparation method and an application thereof. Amino acid modified water soluble nanoparticles of fullerene, the structure of which is metallofullerene@C

【技术实现步骤摘要】
一种氨基酸修饰的金属富勒烯水溶性纳米颗粒及其制备方法与应用
本专利技术涉及一种氨基酸修饰的金属富勒烯水溶性纳米颗粒及其制备方法与应用，属于纳米材料领域。
技术介绍
自1985年Kroto等人发现C60以来，富勒烯极大地推动了纳米科技的发展。随着富勒烯工业生产的迅速发展以及基于富勒烯材料的纳米技术大量涌现，人们对于富勒烯及其衍生物效应给予了极大的关注。富勒烯和内嵌金属富勒烯由于其独特的结构和化学物理性质，在生物医学领域有非常广泛的应用。现有的研究结果表明，富勒烯/金属富勒烯具有抗病毒作用、抗氧化活性和细胞保护作用、抗菌活性、药物/基因输运载体、磁共振成像和抑制肿瘤生长等多方面的特性。但是由于富勒烯自身在水中难以溶解，这在很大程度上制约了其在生物领域的应用。目前主要通过亲水性高分子材料，如PEG、PVP等包覆或在碳笼表面修饰亲水性基团，如羟基、氨基等增加其在水中的溶解度。目前，在金属富勒烯碳笼表面修饰氨基酸可以在碳笼上引入羧基等官能团，作为后续生物应用的中间体，而且据报道其本身也是一种良好磁共振成像造影剂。目前在碳笼表面修饰氨基酸的方法主要是用富勒烯的甲苯溶液与氨基酸的碱性水溶液进行反应，反应过程中用到有机溶剂不符合简单经济、绿色环保的主旨。因此，开发一种绿色环保、简单易行的制备氨基酸修饰的富勒烯水溶性纳米颗粒具有重要的意义。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种氨基酸修饰的金属富勒烯水溶性纳米颗粒及其制备方法与应用，本专利技术纳米颗粒能溶于水，其制备方法简单、绿色环保。本专利技术提供的氨基酸修饰的金属富勒烯水溶性纳米颗粒，它的结构通式为metallofullerene-(OH)x(AminoAcid)y；其中，metallofullerene为金属富勒烯；0≤x<50；0≤y<20；AminoAcid为水溶性氨基酸。上述结构通式表示羟基和水溶性氨基酸均连接于金属富勒烯上。上述的纳米颗粒中，所述金属富勒烯包括；M@C2n、M2@C2n、MA@C2n、M3N@C2n、M2C2@C2n、M2S@C2n、M2O@C2n和MmA3-mN@C2n中的至少一种；其中，M、A均为金属元素，所述M、A均选自Sc、Y和镧系金属元素中的至少一种，30≤n≤60，0≤m≤3，且n、m均为整数；所述水溶性氨基酸为丙氨酸、甘氨酸、丝氨酸、精氨酸、赖氨酸和天门氨酸中的至少一种。本专利技术中，镧系金属元素为镧(La)、铈(Ce)、镨(Pr)、钕(Nd)、钷(Pm)、钐(Sm)、铕(Eu)、钆(Gd)、铽(Tb)、镝(Dy)、钬(Ho)、铒(Er)、铥(Tm)、镱(Yb)、镥(Lu)；所述稀土金属具体可为Gd，所述金属富勒烯具体可为Gd@C82、Gd3N@C80。上述的纳米颗粒中，所述纳米颗粒的水合粒径可为1～1000nm，具体可为10～300nm。本专利技术还提供了上述的纳米颗粒的制备方法，包括如下步骤：将所述水溶性氨基酸的碱溶液与所述金属富勒烯混合，进行亲核加成反应，即得到所述氨基酸修饰的金属富勒烯水溶性纳米颗粒。本专利技术中，所述金属富勒烯是用高效液相色谱结合富勒烯/内嵌金属富勒烯专用色谱柱Buckyprep/Buckyprep-M纯化得到的。本专利技术制备方法同样适用于空心富勒烯，即将所述金属富勒烯用空心富勒烯替换进行反应；所述空心富勒烯包括C60或C70。上述的制备方法中，所述水溶性氨基酸的碱溶液中碱的质量分数可为10～50％，具体可为14％或10～30％；所述水溶氨基酸与所述碱的摩尔比可为1：1～10，具体可为1：2或1：1～8；所述水溶性氨基酸的碱溶液使用的碱溶液具体可为氢氧化钠溶液和/或氢氧化钾溶液；所述水溶性氨基酸与所述金属富勒烯的摩尔比可为1～1000：1，具体可为1000：1或50～1000：1。上述的制备方法中，所述亲核加成反应的温度可为50～100℃，具体可为50℃；所述亲核加成反应的时间可为1～48h，具体可为1.5h、2h、4h、24h、1.5～24h或1～30h。上述的制备方法中，在所述亲核加成反应之后还包括过滤除去杂质的步骤。本专利技术中，所述过滤除去杂质具体包括：先过滤除去未反应的所述金属富勒烯固体颗粒，然后用透析袋透析除去未反应的所述水溶性氨基酸，再用微孔滤膜过滤；具体使用Mw＝3500透析袋透析除去小分子杂质(具体为水溶性氨基酸和碱)、220nm微孔滤膜过滤。本专利技术制备的水溶性富勒烯纳米颗粒，表面修饰的羧基残基便于进一步与生物配体偶联，为后续生物应用提供了更多的可能。本专利技术具有以下优点：1、本专利技术通过固液法制备的metallofullerene-(OH)x(AminoAcid)y；0≤x<50；0≤y<20具有水溶性。2、本专利技术不需有机溶剂的介入，无需分离中间产物，无需无水无氧等条件，具有制备方法简单经济、绿色环保等优点。3、本专利技术巧妙利用氨基酸中氨基的亲核性，经过一步反应大量制得氨基酸修饰的金属富勒烯水溶性纳米颗粒。本专利技术制备方法同样适用于C60、C70等空心富勒烯，Y3N@C80、Lu3N@C80等内嵌富勒烯；以及赖氨酸、甘氨酸、精氨酸、丝氨酸、天门冬氨酸等水溶性氨基酸，因而，具有一定普适性和便于实现规模化生产等优点。4、本专利技术制备的metallofullerene-(OH)x(AminoAcid)y金属富勒烯纳米颗粒具有粒径分布小、窄等特点。附图说明图1为本专利技术实施例1Gd@C82(OH)13(NHCH2CH2COOH)6热重分析热重及微商热重曲线。图2为本专利技术实施例1Gd@C82(OH)13(NHCH2CH2COOH)6的红外光谱图。图3为本专利技术实施例1Gd@C82(OH)13(NHCH2CH2COOH)6的紫外-可见吸收谱图。图4为本专利技术实施例1所制备的金属富勒烯Gd@C82纳米颗粒Gd@C82(OH)13(NHCH2CH2COOH)6在pH＝7时平均水合半径。图5为本专利技术实施例1所制备的金属富勒烯Gd@C82纳米颗粒Gd@C82(OH)13(NHCH2CH2COOH)6在pH＝7时Zeta电位。图6为本专利技术实施例1所制备的金属富勒烯Gd@C82纳米颗粒在0.5T磁场下用反转-恢复序列测得的纵向弛豫时间的倒数1/T1对不同Gd浓度作图。图7为本专利技术实施例2和3所制备的金属富勒烯Gd@C82不同氨基酸纳米颗粒在pH＝7时平均水合半径。图8为本专利技术实施例4所制备的空心富勒烯C70纳米颗粒C70(OH)13(NHCH2CH2COOH)6的热重及微商热重曲线。图9为本专利技术实施例4所制备的空心富勒烯C70纳米颗粒C70(OH)13(NHCH2CH2COOH)6在pH＝7时平均水合半径。图10为本专利技术实施例5所制备的空心富勒烯C60的β-丙氨酸纳米颗粒在pH＝7时平均水合半径。具体实施方式下述实施例中所使用的实验方法如无特殊说明，均为常规方法。下述实施例中所用的材料、试剂等，如无特殊说明，均可从商业途径得到。下述实施例中，金属富勒烯(M@C2n)是用高效液相色谱结合富勒烯/内嵌金属富勒烯专用色谱柱Buckyprep/Buckyprep-M纯化得到的。实施例1、把约10mgGd@C82固体加入10ml单口瓶中，加入6mlNaOH质量分数为14％的β-丙氨酸碱溶液(氨基酸与氢氧化钠的摩尔比具体为1：2本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种氨基酸修饰的金属富勒烯水溶性纳米颗粒，它的结构通式为metallofullerene@C

【技术特征摘要】
1.一种氨基酸修饰的金属富勒烯水溶性纳米颗粒，它的结构通式为metallofullerene@C2n(OH)x(AminoAcid)y；其中，metallofullerene为金属富勒烯；0≤x<50；0≤y<20；AminoAcid为水溶性氨基酸。2.根据权利要求1所述的纳米颗粒，其特征在于：所述金属富勒烯包括：M@C2n、M2@C2n、MA@C2n、M3N@C2n、M2C2@C2n、M2S@C2n、M2O@C2n和MmA3-mN@C2n中的至少一种；其中，M、A均为金属元素，所述M、A均选自Sc、Y和镧系金属元素中的至少一种，30≤n≤60，0≤m≤3，且n、m均为整数；所述水溶性氨基酸为丙氨酸、甘氨酸、丝氨酸、精氨酸、赖氨酸和天门氨酸中的至少一种。3.根据权利要求1或2所述的纳米颗粒，其特征在于：所述纳米颗粒的水合...

【专利技术属性】
技术研发人员：王春儒，周悦，甄明明，
申请(专利权)人：北京福纳康生物技术有限公司，
类型：发明
国别省市：北京,11