酸胆碱基仿生聚合物包覆的碳纳米管及其制备方法转让专利

申请号 : CN200710156915.1

文献号 : CN100579901C

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法律信息:

相似专利:

发明人 : 计剑徐建平徐方明金桥沈家骢

申请人 : 浙江大学

摘要 :

本发明公开了磷酸胆碱基仿生聚合物包覆的碳纳米管及其制备方法。本发明利用含疏水端的磷酸胆碱两亲性聚合物,来对碳纳米管进行非共价键结合的包覆修饰,利用疏水段与碳纳米管进行非共价作用,利用磷酸胆碱提高碳纳米管在水中的水溶性、分散稳定性和血液相容性。该方法以含疏水端的磷酸胆碱两亲性聚合物、碳纳米管和水为原料,并辅助超声分散和离心的方法获得磷酸胆碱基仿生聚合物包覆的碳纳米管。本发明工艺简单,制备的水溶性碳纳米管的溶解度高达3mg/mL,稳定性好,在药物缓释、基因传递、生物分子分离、生物传感器等领域有着巨大的应用前景。

权利要求 :

1.一种磷酸胆碱基仿生聚合物包覆的碳纳米管,其特征在于它由含疏水端的 磷酸胆碱两亲性聚合物非共价作用的简单包覆碳纳米管而成,碳纳米管与含疏 水端的磷酸胆碱两亲性聚合物的重量比为1∶10~10∶1;所述的含疏水端的磷酸胆 碱两亲性聚合物是分子结构式为:

其中n是5-200的整数,R是胆固醇、芘、聚乳酸、聚乙交酯、聚苯乙烯、聚己 内酯、聚乙烯、聚丙稀、聚甲基丙烯酸甲酯、聚甲基丙烯酸丁酯或聚甲基丙烯 酸十八酯。

2.根据权利要求1所述的一种磷酸胆碱基仿生聚合物包覆的碳纳米管,其特 征在于所述的碳纳米管为单壁或多壁碳纳米管,长径比为500~5000。

3.一种如权利要求1所述的磷酸胆碱基仿生聚合物包覆的碳纳米管的制备 方法,其特征在于包括如下步骤:

1)将1重量份的含疏水端的磷酸胆碱两亲性聚合物加入1~100重量份的 水,溶解,得到含疏水端的磷酸胆碱两亲性聚合物的水溶液;

2)将1重量份碳纳米管置于10~400重量份含有0.05-2wt%含疏水端的磷酸 胆碱两亲性聚合物的水溶液中,进行超声分散0.1~4小时,得到超声分散液;

3)将上述超声分散液进行离心分离5~60分钟,离心转速为3000~20000转 每分钟;

4)将离心分离沉淀产物置于10~400重量份含有0.05~2wt%含疏水端的磷 酸胆碱两亲性聚合物水溶液中,再进行超声分散10~120分钟,离心分离5~60 分钟,离心转速为3000-20000转每分钟,收集离心液;

6)将上述离心液超滤,收集滤饼进行干燥,得磷酸胆碱基仿生聚合物包覆的 碳纳米管。

4.根据权利要求3所述的一种磷酸胆碱基仿生聚合物包覆的碳纳米管的制 备方法,其特征在于所述的碳纳米管为单壁或多壁碳纳米管,长径比为500~ 5000。

说明书 :

技术领域

本发明涉及一种磷酸胆碱基仿生聚合物包覆的碳纳米管及其制备方法,所 属技术领域为材料、生物、物理、化学等学科的交叉学科领域。

背景技术

自1991年被发现以来。碳纳米管因其具有优良的导电性、电磁特性以及优 异的力学性能和优异的综合性能在生物医学领域引起了极大研究兴趣。由于碳 纳米管具有巨大的比表面积,相互之间存在十分强的团聚作用,碳纳米管多以 大量单根碳纳米管并排形成的束状形式存在,使得碳纳米管几乎不溶于所有的 溶剂,这极大地限制了碳纳米管的实际应用。此外非水溶液分散和稳定化的碳 纳米管不能直接在生物学环境下使用。因此,改善碳纳米管在水溶液中的分散 性、稳定性和生物相容性成为碳纳米管在生物医学领域应用中的重要问题。
目前实现碳纳米管在水溶液中的分散性的方法有化学共价修饰和非共价修 饰方法两大类。人们已经采用包括N,N-二甲基丙烯酰胺、N-异丙基丙烯酰胺、 (甲基)丙烯酸特丁酯、聚对氯甲基苯乙烯、(甲基)、苯乙烯、丙烯酸甲酯、(甲 基)丙烯酸羟乙酯等在内的单体,通过共价键接枝的方法对碳纳米管进行聚合 物修饰改性,这些接枝的疏水性的聚合物的策略增进了碳纳米管在有机溶剂中 的稳定性,但是在水溶液和生理环境下的稳定性、分散性和生物相容性并没有 得到解决。而采用聚乙烯基吡咯烷酮或聚氧化乙烯或聚丙烯酸等亲水性聚合物 共价改性虽然能增进碳纳米管的水溶性,但是化学修饰过程中的苛刻条件对碳 纳米管的物理结构和机械性质造成了极大的破坏,而且所得到的碳纳米管在高 盐浓度或者宽pH范围内稳定性不佳。所有这些不利因素都极大地限制了碳纳米 管在生物医学领域的实际应用。

发明内容

本发明的目的是提供一种磷酸胆碱基仿生聚合物包覆的碳纳米管及其制备 方法。
磷酸胆碱基仿生聚合物包覆的碳纳米管:它由含疏水端的磷酸胆碱两亲性 聚合物包覆碳纳米管而成,碳纳米管与含疏水端的磷酸胆碱两亲性聚合物的重 量比为1∶10~10∶1。
所述的含疏水端的磷酸胆碱两亲性聚合物是分子结构式为:



其中n是5-200的整数,R是胆固醇、芘、聚乳酸、聚乙交酯、聚苯乙烯、聚己 内酯、聚乙烯、聚丙稀、聚甲基丙烯酸甲酯、聚甲基丙烯酸丁酯或聚甲基丙烯 酸十八酯。
所述含疏水端的磷酸胆碱两亲性聚合物的制备方法包括如下步骤:
1)将1重量份的胆固醇、芘、聚乳酸、聚乙交酯、聚苯乙烯、聚己内酯、 聚乙烯、聚丙稀、聚甲基丙烯酸甲酯、聚甲基丙烯酸丁酯或聚甲基丙烯酸十八 酯与0.1~10重量份的溴异丁基酰溴、氯异丁基酰溴或溴异丁基酰氯,在10~ 50℃下反应0.1~10hr,得到功能化原子转移自由基引发剂;
2)将0.1重量份的上述原子转移自由基聚合引发剂、0.1~0.5重量份的氯 化亚铜、0.1~0.5重量份的联二吡啶、0.5~10重量份的甲基丙烯酸磷酸胆碱酯 或丙烯酸磷酸胆碱酯,在10~50℃下进行原子转移自由基聚合0.1~10hr,得到 含疏水端的磷酸胆碱两亲性聚合物。
磷酸胆碱基仿生聚合物包覆的碳纳米管的制备方法包括如下步骤:
1)将1重量份的疏水端的磷酸胆碱两亲性聚合物加入1~100重量份的水, 溶解,得到含疏水端的磷酸胆碱两亲性聚合物的水溶液;
2)将1重量份碳纳米管置于10~400重量份含有0.05-2wt%含疏水端的磷酸 胆碱两亲性聚合物的水溶液中,进行超声分散0.1~4小时,得到超声分散液;
3)将上述超声分散液进行离心分离5~60分钟,离心转速为3000~20000转 每分钟;
4)将离心分离沉淀产物置于10~400重量份含有0.05~2wt%含疏水端的
磷酸胆碱两亲性聚合物水溶液中,再进行超声分散10~120分钟,离心分 离5~60分钟,离心转速为3000-20000转每分钟,收集离心液;
6)将上述离心液超滤,收集滤饼进行干燥,得磷酸胆碱基仿生聚合物包覆的 碳纳米管。
所述的碳纳米管为单壁或多壁碳纳米管,长径比为500~5000。
本发明所得磷酸胆碱基聚合物修饰的碳纳米管产品在水生理环境中表现出 良好的溶解性、稳定性和高生物相容性。本发明提供的经磷酸胆碱聚合物保护 的碳纳米管作为生物纳米材料在药物缓释、基因传递、生物分子诊断和检测、 生物分子分离、生物传感器等领域中有着巨大的应用前景。
本发明的优点是:
1、用磷酸胆碱仿生两亲聚合物对碳纳米管进行非共价作用的稳定,操作简 单;
2、用磷酸胆碱仿生两亲聚合物对碳纳米管进行非共价作用的稳定,操作条 件温和,不会造成碳纳米管结构的破坏;
3、经磷酸胆碱聚合物修饰的碳纳米管具有良好的生物相容性,在宽pH范 围和盐浓度下都具有优异的分散性和稳定性;

具体实施方式

本发明公开了磷酸胆碱基仿生聚合物包覆的碳纳米管及其制备方法。利用 含疏水端的磷酸胆碱两亲性聚合物,来对碳纳米管进行非共价键结合的包覆修 饰,利用疏水段与碳纳米管进行非共价作用,利用磷酸胆碱提高碳纳米管在水 中的水溶性、分散稳定性和血液相容性。该方法以含疏水端的磷酸胆碱两亲性 聚合物、碳纳米管和水为原料,并辅助超声分散和离心的方法获得磷酸胆碱基 仿生聚合物包覆的碳纳米管,并对所得磷酸胆碱聚合物修饰的碳纳米管进行水 溶液和生理环境下的分散性、稳定性和血液相容性进行评价。
下面的实施例是对本发明的进一步说明,而不是限制本发明的范围。
实施例1:
1)在100mL三口烧瓶中,加入50mL二氯甲烷,再加入1g胆固醇,在10 ℃通氩气的情况下,向溶液中滴加4.6g溴异丁基酰溴,反应5hr,得到胆固醇化 的原子转移自由基引发剂。
2)在聚合管中,加入10mL甲醇,10mg上述原子转移自由基聚合引发剂, 1g甲基丙烯酸磷酸胆碱酯。聚合管除氧后,向其加入10mg氯化亚铜和10mg 联二吡啶,溶液呈深褐色,在25℃下反应8hr,得到含疏水端胆固醇的磷酸胆碱 两亲性聚合物。
3)在锥形瓶中,加入1g碳纳米管和10g含有1wt%的含胆固醇的聚合度 n=50的磷酸胆碱两亲性聚合物(I)的水溶液,然后对混合液用40kHz超声波 超声分散0.3小时;
4)将得到的超声分散液进行离心分离,离心转速为6500RPM,离心时间为 15分钟;
5)将离心分离所得的沉淀加入到50g含有1wt%含胆固醇的聚合度n=50的 磷酸胆碱两亲性聚合物(I)的水溶液,然后对混合液用40kHz超声波超声分 散30分钟;将得到的超声分散液进行离心分离,离心转速为6500RPM,离心 时间为15分钟,收集上层离心液;
6)将步骤(3)重复3次;
7)合并步骤(3)和步骤(4)所得的上层离心液,超滤,收集滤饼进行干燥,得 磷酸胆碱基仿生聚合物包覆的碳纳米管。
实施例2:
1)在100mL三口烧瓶中,加入50mL二氯甲烷,再加入1g芘,在25℃通氩 气的情况下,向溶液中滴加10g溴异丁基酰溴,反应0.1hr,得到含芘的原子转 移自由基引发剂。
2)在聚合管中,加入10mL甲醇,10mg上述原子转移自由基聚合引发剂, 50mg甲基丙烯酸磷酸胆碱酯。聚合管除氧后,向其加入20mg氯化亚铜和50mg 联二吡啶,溶液呈深褐色,在10℃下反应10hr,得到含疏水端芘的磷酸胆碱两 亲性聚合物。
3)在锥形瓶中,加入50g碳纳米管和2000g含有0.05wt%的含芘的聚合度 n=50的磷酸胆碱两亲性聚合物(I)的水溶液,然后对混合液用40kHz超声波 超声分散0.1小时;
4)将得到的超声分散液进行离心分离,离心转速为3000RPM,离心时间为 5分钟;
5)将离心分离所得的沉淀加入到2000g含有0.05wt%含芘的聚合度n=50 的磷酸胆碱两亲性聚合物(I)的水溶液,然后对混合液用40kHz超声波超声 分散10分钟;将得到的超声分散液进行离心分离,离心转速为3000RPM,离 心时间为5分钟,收集上层离心液;
6)将步骤(3)重复3次;
7)合并步骤(3)和步骤(4)所得的上层离心液,超滤,收集滤饼进行干燥,得 磷酸胆碱基仿生聚合物包覆的碳纳米管。
实施例3:
1)在100mL三口烧瓶中,加入50mL二氯甲烷,再加入1gPLA,在50℃通 氩气的情况下,向溶液中滴加0.1g溴异丁基酰溴,反应10hr,得到含PLA的原 子转移自由基引发剂。
2)在聚合管中,加入10mL甲醇,10mg上述原子转移自由基聚合引发剂, 0.5g甲基丙烯酸磷酸胆碱酯。聚合管除氧后,向其加入50mg氯化亚铜和40mg 联二吡啶,溶液呈深褐色,在50℃下反应0.1hr,得到含疏水端PLA的磷酸胆 碱两亲性聚合物。
3)在锥形瓶中,加入50g碳纳米管和2000g含有0.05wt%的含PLA的聚合 度n=50的磷酸胆碱两亲性聚合物(I)的水溶液,然后对混合液用40kHz超 声波超声分散4小时;
4)将得到的超声分散液进行离心分离,离心转速为20000RPM,离心时间 为5分钟;
5)将离心分离所得的沉淀加入到2000g含有0.05wt%含PLA的聚合度n=50 的磷酸胆碱两亲性聚合物(I)的水溶液,然后对混合液用40kHz超声波超声 分散10分钟;将得到的超声分散液进行离心分离,离心转速为20000RPM,离 心时间为5分钟,收集上层离心液;
6)将步骤(3)重复3次;
7)合并步骤(3)和步骤(4)所得的上层离心液,超滤,收集滤饼进行干燥,得 磷酸胆碱基仿生聚合物包覆的碳纳米管。
实施例4:
1)在100mL三口烧瓶中,加入50mL二氯甲烷,再加入1g胆固醇,在25 ℃通氩气的情况下,向溶液中滴加7.2g氯异丁基酰溴,反应1hr,得到胆固醇化 的原子转移自由基引发剂。
2)在聚合管中,加入10mL甲醇,10mg上述原子转移自由基聚合引发剂, 0.1g甲基丙烯酸磷酸胆碱酯。聚合管除氧后,向其加入10mg氯化亚铜和23mg 联二吡啶,溶液呈深褐色,在30℃下反应5hr,得到含疏水端胆固醇的磷酸胆碱 两亲性聚合物。
3)在锥形瓶中,加入1g碳纳米管和400g含有0.5wt%的含胆固醇的聚合 度n=50的磷酸胆碱两亲性聚合物(I)的水溶液,然后对混合液用40kHz超 声波超声分散4小时;
4)将得到的超声分散液进行离心分离,离心转速为20000RPM,离心时间 为5分钟;
5)将离心分离所得的沉淀加入到400g含有0.5wt%含胆固醇A的聚合度 n=50的磷酸胆碱两亲性聚合物(I)的水溶液,然后对混合液用40kHz超声波 超声分散10分钟;将得到的超声分散液进行离心分离,离心转速为20000RPM, 离心时间为5分钟,收集上层离心液;
6)将步骤(3)重复3次;
7)合并步骤(3)和步骤(4)所得的上层离心液,超滤,收集滤饼进行干燥,得 磷酸胆碱基仿生聚合物包覆的碳纳米管。
实施例5:
1)在100mL三口烧瓶中,加入50mL二氯甲烷,再加入1g胆固醇,在25 ℃通氩气的情况下,向溶液中滴加5g溴异丁基酰氯,反应7hr,得到胆固醇化 的原子转移自由基引发剂。
2)在聚合管中,加入10mL甲醇,10mg上述原子转移自由基聚合引发剂, 0.7g甲基丙烯酸磷酸胆碱酯。聚合管除氧后,向其加入15mg氯化亚铜和45mg 联二吡啶,溶液呈深褐色,在25℃下反应10hr,得到含疏水端胆固醇的磷酸胆 碱两亲性聚合物。
3)在锥形瓶中,加入1g碳纳米管和30g含有0.5wt%的含胆固醇的聚合度 n=50的磷酸胆碱两亲性聚合物(I)的水溶液,然后对混合液用40kHz超声波 超声分散4小时;
4)将得到的超声分散液进行离心分离,离心转速为10000RPM,离心时间 为35分钟;
5)将离心分离所得的沉淀加入到4000g含有0.5wt%含胆固醇的聚合度 n=50的磷酸胆碱两亲性聚合物(I)的水溶液,然后对混合液用40kHz超声波 超声分散10分钟;将得到的超声分散液进行离心分离,离心转速为10000RPM, 离心时间为35分钟,收集上层离心液;
6)将步骤(3)重复3次;
7)合并步骤(3)和步骤(4)所得的上层离心液,超滤,收集滤饼进行干燥,得 磷酸胆碱基仿生聚合物包覆的碳纳米管。
实施例6:
1)在100mL三口烧瓶中,加入50mL二氯甲烷,再加入1g胆固醇,在25 ℃通氩气的情况下,向溶液中滴加5g溴异丁基酰氯,反应5hr,得到胆固醇化 的原子转移自由基引发剂。
2)在聚合管中,加入10mL甲醇,10mg上述原子转移自由基聚合引发剂, 0.5g丙烯酸磷酸胆碱酯。聚合管除氧后,向其加入15mg氯化亚铜和25mg联二 吡啶,溶液呈深褐色,在25℃下反应8hr,得到含疏水端胆固醇的磷酸胆碱两亲 性聚合物。
3)在锥形瓶中,加入1g碳纳米管和200g含有0.5wt%的含胆固醇的聚合 度n=50的磷酸胆碱两亲性聚合物(II)的水溶液,然后对混合液用40kHz超 声波超声分散2小时;
4)将得到的超声分散液进行离心分离,离心转速为6000RPM,离心时间为 60分钟;
5)将离心分离所得的沉淀加入到200g含有0.5wt%含胆固醇A的聚合度 n=50的磷酸胆碱两亲性聚合物(II)的水溶液,然后对混合液用40kHz超声波 超声分散10分钟;将得到的超声分散液进行离心分离,离心转速为6000RPM, 离心时间为60分钟,收集上层离心液;
6)将步骤(3)重复3次;
7)合并步骤(3)和步骤(4)所得的上层离心液,超滤,收集滤饼进行干燥,得 磷酸胆碱基仿生聚合物包覆的碳纳米管。
实施例7:
1)在100mL三口烧瓶中,加入50mL二氯甲烷,再加入1g胆固醇,在10 ℃通氩气的情况下,向溶液中滴加7g溴异丁基酰氯,反应5hr,得到胆固醇化 的原子转移自由基引发剂。
2)在聚合管中,加入10mL甲醇,10mg上述原子转移自由基聚合引发剂, 0.7g甲基丙烯酸磷酸胆碱酯。聚合管除氧后,向其加入15mg氯化亚铜和45mg 联二吡啶,溶液呈深褐色,在25℃下反应10hr,得到含疏水端胆固醇的磷酸胆 碱两亲性聚合物。
3)在锥形瓶中,加入1g碳纳米管和200g含有0.5wt%的含胆固醇的聚合 度n=50的磷酸胆碱两亲性聚合物(I)的水溶液,然后对混合液用40kHz超 声波超声分散2小时;
4)将得到的超声分散液进行离心分离,离心转速为6000RPM,离心时间为 60分钟;
5)将离心分离所得的沉淀加入到200g含有0.5wt%含胆固醇的聚合度n=50 的磷酸胆碱两亲性聚合物(I)的水溶液,然后对混合液用40kHz超声波超声 分散10分钟;将得到的超声分散液进行离心分离,离心转速为6000RPM,离 心时间为60分钟,收集上层离心液;
6)将步骤(3)重复10次
7)合并步骤(3)和步骤(4)所得的上层离心液,超滤,收集滤饼进行干燥,得 磷酸胆碱基仿生聚合物包覆的碳纳米管。
实施例8
同实施例1,所用聚合物是含芘的聚合度n=200含磷酸胆碱两亲性聚合物 (II)。
实施例9
同实施例2,所用聚合物是含芘的聚合度n=5含磷酸胆碱两亲性聚合物 (I)。
实施例10
同实施例3,所用聚合物是含PLA的聚合度n=100含磷酸胆碱两亲性聚合 物(I)。