基于油酸可控氧化的单分散磁性纳米粒子水相转移研究

Iron oxide nanoparticles (NPs) have been extensively studied for biomedical applications, such as in targeted delivery, in localized therapy, and as contrast agents for magnetic resonance imaging (MRI). The water solubility and surface functionality of NPs are key parameters to their interactions with biological systems. Currently, high quality iron oxide NPs regarding monodispersity, size distribution, and crystallinity are normally produced in organic solvents and stabilized with oleic acid (OA). Therefore, phase transfer to achieve NP water solubility and functionality for further conjugation is essential and remains an outstanding challenge. Herein, a novel method is proposed to transfer monodisperse iron oxide nanoparticles to water based on the controlable oxidation of OA coated on the surface of magnetic particles. the oxidation can be controlled by systemic optimzation including the oxidatives, solvents, temperatures to obtain the magnetic particles functionalized with epoxyl, hydroxyl, carbonyl and carboxyl groups. Based on the oxidation effect on the properties of iron oxide nanoparticles during the process of transfer, the interaction between the oxidative and magnetic particles is explored. The further modification and the application in conjugation with bimolecules, cytotoxicity study, antitumor drug loading and release will be also invetigaged to evaluate the coupling efficiency,cytotoxicity and capability as a drug carrier, which is important for the further diagnosisi and therapy in vivo.

磁性纳米材料因其独特物理化学性质和广阔生物医学应用而引起研究者的广泛关注。高温热解法制备的磁性纳米粒子具有结晶良好，粒径均一，磁响应性好，粒径单分散等性质而成为磁性纳米粒子制备的主要方法，但该方法制备的磁性纳米粒子表面往往吸附有稳定剂油酸，这使其在水相中不能分散。因此将单分散磁性氧化铁纳米粒子的水相转成为近年研究的热点。本项目提出利用磁性纳米材料表面油酸的可控氧化反应，建立一种单分散磁性纳米粒子水相转移的新方法。拟通过系统优化氧化反应条件，在控制氧化反应动力学的同时，研究氧化过程对氧化铁纳米粒子的组成、晶型、大小、磁学等的物理化学性质影响，探讨氧化剂对氧化铁纳米粒子作用的过程和机制，从而得到功能团可控的水相转移方法。再利用生物大分子偶联，体外细胞毒理学研究及药物负载与释放等实验，评价其在生物分子偶联效率、细胞安全性及磁靶向载体的性能，从而为其将来在生物医学领域诊疗中的应用奠定基础。

高温热解法制备的磁性纳米粒子由于表面有稳定剂油酸，使其在水相中不能分散。已报道水相转移常用方法有双亲分子包覆法、配体交换法，二氧化硅层包覆等方法，但这些方法存在水相转移后半径增大，粒径分布不均，或者配体交换效率低，相转移时间长等问题，本项目针对高温热解法制备的磁性纳米粒子表面富含稳定剂油酸的特点，利用油酸中含有碳碳双键的特点，在表面活性剂或者混合溶剂存在下，利用氧化剂对磁性纳米粒子表面油酸进行氧化，使表面油酸分子经氧化后变为羧基功能团，从而实现从疏水的基团变为亲水的功能基团的转化，不仅成功实现了水相转移，而且得到的水性磁性纳米粒子表面富含羧基等工程团。.基于以上想法，本项目在表面活性剂的增溶和混合溶剂体系中实现了油酸的异相氧化，建立了一种可将单分散磁性纳米粒子高效，快速水相转移的新方法。实验数据表明，经有酸氧化法进行水相转移后的磁性纳米粒子不仅能够保持原有形貌，晶型和单分散的性质，而且在水中也能够长期稳定存在。水相中的磁性纳米粒子相对于油相磁性纳米粒子，不仅饱和磁化强度有所增加，而且表面富含羧基功能基团。因此水相相转移后的磁性纳米粒子不仅能够用于生物大分子和各类高分子偶联，也可以用于后续复合纳米例子合成，生物大分子检测和靶向给药等领域。.在项目具体实施过程中，项目研究主要包括三个部分，即磁性纳米粒子的合成与表征，通过高温热解法成功制备了12 nm四氧化三铁球形纳米粒子，不同长径比的 Fe3O4单晶纳米棒，50 nm花瓣形四氧化三铁/金纳米粒子，油相金纳米粒子等纳米粒子，其次利用表面活性剂以及乙酸乙酯/乙腈/水等混合溶剂的方法，以高碘酸钠为氧化剂将以上纳米颗粒表面油酸氧化，成功将其转移至水相溶液中。最后通过高分子如PAH，PAA等修饰将该磁性纳米颗粒用于了金磁复合微粒的合成，CRP检测和肿瘤的靶向给药。