一种可表面化学修饰的疏水性硅量子点及其制备方法和应用

摘要

本发明公开了一种可表面化学修饰的疏水性硅量子点，该疏水性硅量子点的表面含有羟基和氨基。该疏水性硅量子点的制备方法，包括如下步骤：将硅源、丹宁酸溶于超纯水中，搅拌反应，在得到的硅量子点溶液中加入无水乙醇，再加入十八烷基三甲氧基硅烷进行反应，析出固体后过滤，冲洗烘干后即得。制备得到的硅量子点纯净度高，水溶性好，稳定性好，其表面可同时进行多种化学修饰，可络合多种金属离子，具有疏水性，室温下长期放置不会变质，具有良好的抗肿瘤活性。制备方法对温度要求低，易于控制，反应效率高，制备简单，原料易得，成本低廉，易于实现工业化生产。本发明还公开了该疏水性硅量子点在生物成像领域和抗癌药物制备领域中的应用。

说明书

技术领域

本发明属于纳米材料技术领域，尤其涉及一种可表面化学修饰的疏水性硅量子点及其制备方法和应用。

背景技术

硅量子点是一种有良好应用前景的硅纳米材料，具有水溶性好、高荧光强度、光学性质稳定，以及易功能化等特点。硅量子点细胞毒性低，生物相容性良好，对硅量子点表面进行修饰可进一步增强其在载药、生物成像等医疗领域的应用。然而，传统的硅量子点表面可修饰性单一，难以有效地同时进行多种修饰，限制了其应用价值。因此，亟需寻找一种表面可同时进行多种修饰的硅量子点及其制备方法，在本技术领域具有十分重要的意义。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，克服以上背景技术中提到的不足和缺陷，提供一种可表面化学修饰的疏水性硅量子点及其制备方法和应用。

为解决上述技术问题，本发明提出的技术方案为：

一种可表面化学修饰的疏水性硅量子点，所述疏水性硅量子点的表面含有羟基和氨基。该硅量子点表面富含的羟基和氨基，可同时进行多种化学修饰，修饰后依然不影响其疏水性，可制备成胶束以应用于生物成像和抗肿瘤治疗。

本发明还提供一种可表面化学修饰的疏水性硅量子点的制备方法，包括如下步骤：

(1)将硅源、丹宁酸溶于超纯水中，搅拌反应，得到硅量子点溶液；

(2)在所述步骤(1)得到的硅量子点溶液中加入无水乙醇，再加入十八烷基三甲氧基硅烷进行反应，析出固体后过滤，冲洗烘干后，即得到所述的疏水性硅量子点。

丹宁酸，又名单宁酸，别名鞣质、单宁、单宁酸、tannin，英文名称为Tannic acid，CAS号为1401-55-4。丹宁酸简单易得，其分子中富含酚羟基，酚羟基能与硅源反应置换出甲醇，促进偶联反应的发生，能够快速反应得到硅量子点，原料用量少，反应效率高，且能保留部分单宁酸的特性，如还原性，丰富了硅量子点的功能。

上述的制备方法，优选的，所述步骤(1)中，所述硅源为N-(2-氨乙基)-3-氨基丙基三甲氧基硅烷、N-(2-氨乙基)-3-氨基丙基三乙氧基硅烷、(3-氨丙基)三甲氧基硅烷以及(3-氨丙基)三乙氧基硅烷中的至少一种；更优选的，所述硅源为(3-氨丙基)三甲氧基硅烷。上述选择的硅源都可以与丹宁酸发生反应，制备到相似性质的量子点，且反应效率更高。

优选的，所述步骤(1)中，所述硅源与丹宁酸的质量之比为(0.050-2.000)︰(0.0010-0.1000)。

优选的，所述步骤(1)中，每毫克丹宁酸添加所述超纯水0.2-1.0mL，所述搅拌反应的温度为20-70℃，所述搅拌反应的时间为2-24h。

优选的，所述步骤(2)中，加入无水乙醇后，反应液中所含乙醇的体积浓度为40％-80％，所述丹宁酸与十八烷基三甲氧基硅烷的质量之比为(0.0010-0.1000)︰(0.2000-2.0000)。

优选的，所述步骤(2)中，所述反应的温度为20-70℃，所述反应的时间为4-24h。对温度要求低，反应过程易于控制，反应效率高，制备简单。

本发明优选使用(3-氨丙基)三甲氧基硅烷作为硅源，与丹宁酸通过一步法合成表面富含羟基和氨基的硅量子点，并且于75％乙醇(在原反应液中加入无水乙醇至乙醇体积浓度为75％)中使用十八烷基三甲氧基硅烷对本发明的硅量子点表面进行脂肪链修饰(疏水改性)，该修饰方法简单，易分离，且能保留原硅量子点的表面活性基团，修饰后得到的硅量子点具有疏水性，可增强其在肿瘤成像和抗癌药物中应用性。

基于一个总的技术构思，本发明还提供一种上述的疏水性硅量子点在生物成像领域中的应用，在所述疏水性硅量子点的表面修饰荧光分子后制备成胶束进行生物成像，荧光分子可以为羧基荧光素、Cy系列荧光分子等。

基于一个总的技术构思，本发明还提供一种上述的疏水性硅量子点在抗癌药物制备领域中的应用，其特征在于，在所述疏水性硅量子点的表面修饰光敏剂二氢卟吩e6或阿霉素后制备成抗癌药物。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

1、本发明制备得到的硅量子点的表面富含羟基和氨基，纯净度高，水溶性好，稳定性好，其表面可同时进行多种化学修饰，可络合多种金属离子，具有疏水性，室温下长期放置不会变质，具有良好的抗肿瘤活性，可用于制备胶束应用于生物成像领域，也可以用于制备抗癌药物。

2、本发明的制备方法，对温度要求低，易于控制，反应效率高，制备简单，原料易得，成本低廉，易于实现工业化生产。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明制得的硅量子点的透射电镜TEM图；

图2为本发明制得的硅量子点的XPS图；

图3为本发明制得的硅量子点的紫外—可见吸收光谱图；

图4为本发明制得的硅量子点在320nm～480nm激发光下的硅量子点溶液的荧光光谱图；

图5为本发明制得的疏水性硅量子点的红外光谱图；

图6为本发明制得的疏水性硅量子点溶解于氯仿的效果对比图；

图7为本发明制得的疏水性硅量子点修饰FAM后用于MCF-7人乳腺癌细胞成像；

图8为本发明制得的疏水性硅量子点装载阿霉素后用于MCF-7人乳腺癌细胞成像；

图9为本发明制得的疏水性硅量子点及装载阿霉素的疏水性量子点在10-400μg/ml范围内对人乳腺癌细胞MCF-7的细胞毒性对比；

图10为本发明制得的疏水性硅量子点及装载阿霉素的疏水性量子点在10-400μg/ml范围内对人正常乳腺上皮细胞MCF-10A细胞毒性对比。

具体实施方式

为了便于理解本发明，下文将结合说明书附图和较佳的实施例对本发明做更全面、细致地描述，但本发明的保护范围并不限于以下具体实施例。

除非另有定义，下文中所使用的所有专业术语与本领域技术人员通常理解含义相同。本文中所使用的专业术语只是为了描述具体实施例的目的，并不是旨在限制本发明的保护范围。

除非另有特别说明，本发明中用到的各种原材料、试剂、仪器和设备等均可通过市场购买得到或者可通过现有方法制备得到。

实施例1：

一种本发明的可表面化学修饰的疏水性硅量子点，其制备方法如下：

称取0.0120g的丹宁酸溶于3mL超纯水中，搅拌溶解，加入0.5mL(3-氨丙基)三甲氧基硅烷溶液(0.6g)，在40℃水浴下反应24h；反应完毕，加入9mL无水乙醇，搅拌中加入1.5mL十八烷基三甲氧基硅烷(1.6g)反应至有沉淀析出，离心，所得沉淀即为本发明所述疏水性硅量子点。

本实施例得到的硅量子点的透射电镜图片如图1所示，其粒径在4nm左右。

本实施例得到的硅量子点的XPS图如图2所示，结果显示硅量子点表面含有Si，C，O和N等元素。

本实施例得到的硅量子点的紫外-可见吸收光谱如图3所示，显示其特征吸收峰在281nm纳米处。

本实施例得到的硅量子点的荧光光谱图如图4所示，该量子点在水溶液中为蓝光。

本实施例得到的疏水性硅量子点的红外吸收光谱如图5所示，红外吸收光谱显示，该量子点基团主要有-OH(3437cm^-1)，-CH₂-(2921cm^-1)，-NH₂(1634cm^-1)，和-Si-O-Si-(1135cm^-1)。

如图6可知，本实施例得到的疏水硅量子点溶解于氯仿而不溶于水中，确证其为疏水性量子点。

本实施例制备得到的硅量子点的表面富含的羟基和氨基，纯净度高，水溶性好，稳定性好，其表面可同时进行多种化学修饰，可络合多种金属离子，具有疏水性，室温下长期放置不会变质，具有良好的抗肿瘤活性，可用于制备胶束应用于生物成像领域，也可以用于制备抗癌药物。

实施例2：

一种本发明的可表面化学修饰的疏水性硅量子点，其制备方法如下：

称取0.0120g的丹宁酸溶于3mL超纯水中，搅拌溶解，加入0.5mL(3-氨丙基)三甲氧基硅烷溶液(0.6g)，在70℃水浴下反应4h；反应完毕，加入9mL无水乙醇，搅拌中加入1.5mL十八烷基三甲氧基硅烷(1.6g)反应至有沉淀析出，离心，所得沉淀即为本发明所述疏水性硅量子点。

本实施例制备得到的硅量子点的表面富含的羟基和氨基，纯净度高，水溶性好，稳定性好，其表面可同时进行多种化学修饰，可络合多种金属离子，具有疏水性，室温下长期放置不会变质，具有良好的抗肿瘤活性，可用于制备胶束应用于生物成像领域，也可以用于制备抗癌药物。

实施例3：

一种本发明的疏水性硅量子点在生物成像领域中的应用，方法如下：

称取实施例1得到的疏水性硅量子点200mg溶于4mL氯仿中，搅拌溶解，加入2mgFAM-NHS，2μL三乙胺，室温下反应24h；反应完毕，倒入15mL无水乙醇，析出沉淀即为修饰了FAM的疏水性量子点。纯化后烘干，称取1mg该量子点与2mg DSPC-PEG制备成胶束，并在MCF-7细胞中进行细胞内成像。

FAM修饰的疏水性硅量子点的细胞内成像图如图7所示，由图7可知该疏水性硅量子点制备得到的胶束可以用于细胞内成像。

实施例4：

一种本发明的疏水性硅量子点在抗癌药物制备领域中的应用，方法如下：

称取实施例1得到的疏水性硅量子点50mg溶于4ml二氯甲烷中，再加入10mg 3,3'-二硫代二丙酸二(N-羟基丁二酰亚胺酯)和10mg阿霉素，反应48h后，将上述反应液加入到20ml无水乙醇中，离心；除去清液后使用无水乙醇清洗沉淀，再离心除清液，重复五次至除去杂质以获得表面修饰阿霉素的硅量子点，该量子点可以在谷胱甘肽响应下释放阿霉素，可以用于制备抗癌药物。

该疏水性硅量子点装载阿霉素后用于MCF-7人乳腺癌细胞成像如图8所示；选择人乳腺癌细胞MCF-7和人正常乳腺上皮细胞MCF-10A，利用酶标仪采用MTT检测法分别检测浓度为0，10，20，50，100，200，400μg/ml的硅量子点和阿霉素-硅量子点对两种细胞系的细胞毒性(量子点加入48h后测定)，结果见图9和图10。

由图8可知，实施例1得到的疏水性硅量子点装载阿霉素能够有效进入乳腺癌细胞MCF-7；由图9-10可知，未装载阿霉素的疏水性硅量子点在量子点浓度范围为10-400μg/ml时，基本无细胞毒性；装载阿霉素的疏水性硅量子点在量子点浓度范围为10-400μg/ml时有不同的抗肿瘤细胞作用，表明本发明的疏水性硅量子点能有效装载阿霉素进入人乳腺癌细胞MCF-7，在谷胱甘肽响应下释放阿霉素，有良好的抗肿瘤能力。