一种介孔二氧化硅表面修饰含活泼氢有机物的方法技术

本发明专利技术提供了一种介孔二氧化硅表面修饰含活泼氢有机物的方法，其特征在于，包括：(a)将异氰酸丙基三乙氧基硅烷和含活泼氢有机物分散于N,N‑二甲基甲酰胺中，并在50‑120℃下反应45‑50小时，得到溶液A；(b)将二氧化硅微球在酸性水溶液中超声分散，得到溶液B；(c)将溶液A加入到溶液B中，搅拌3‑5小时后，用磷酸盐缓冲溶液调节pH至中性后继续搅拌10‑30min，分离即得。本发明专利技术的制备方法对于设备要求低，反应过程中无挥发性气体产生，符合环境保护的理念。同时所制备的粒子经过细胞共培养后，我们发现这种修饰方法是无毒的，不会对细胞生长产生刺激或抑制作用，可以应用于载药。

A Method of Surface Modification of Organic Compounds Containing Active Hydrogen by Mesoporous Silica

The present invention provides a method for modifying active hydrogen-containing organics on the surface of mesoporous silica, which is characterized by: (a) dispersing propyl triethoxysilane isocyanate and active hydrogen-containing organics in N, N dimethylformamide, and reacting at 50 120 C for 45 50 hours to obtain solution A; (b) ultrasonic dispersion of silica microspheres in acidic aqueous solution to obtain solution B. (c) Adding solution A to solution B, stirring for 3 to 5 hours, adjusting pH to neutrality with phosphate buffer solution, stirring for 10 to 30 minutes, and then separating. The preparation method of the invention has low requirement for equipment, no volatile gas is generated in the reaction process, and conforms to the concept of environmental protection. At the same time, after co-culture of the prepared particles, we found that this modification method is non-toxic, does not stimulate or inhibit cell growth, and can be applied to drug loading.

【技术实现步骤摘要】
一种介孔二氧化硅表面修饰含活泼氢有机物的方法
本专利技术涉及纳米材料
，具体涉及一种简单高效的活泼氢有机物修饰介孔二氧化硅的方法。
技术介绍
介孔二氧化硅是一种无毒、无味、无污染的非金属材料。由于其比表面积大、粒径小、分散性好、高生物活性、亲水性、表面羟基易修饰的特点，已经成为生物监测、药物、医学诊断以及免疫等方面的重要材料，同时在保温材料、复合材料、纳米催化、吸附、香料和化妆品行业得到了广泛的应用。目前成熟的介孔二氧化硅的制备方法主要采用湿法。通常采用湿法中沉淀法、反相微乳液法和溶胶凝胶法，其设备要求低，操作简单。其中沉淀法由于其制备的二氧化硅粒子分散性差使用的不多。反相微乳液法由于需要使用大量的有机溶剂会对环境造成很大的污染，一般不能为企业所使用。而溶胶凝胶法是以法为基础，在碱性条件添加模板剂通过原硅酸乙酯水解缩聚来制备介孔二氧化硅纳米微球，这种方法操作简单，成本较低，而且合成的介孔二氧化硅分散性、形貌和孔径都可以调节，因为成为了介孔二氧化硅合成的不二之选。在有些领域中，为达到使用目的，必须对介孔二氧化硅进行修饰处理，尤其在药物担载领域，对修饰过程要求更高，必须要求所使用的物质安全无毒，并且稳定可靠。目前，国内有很多介孔二氧化硅修饰方法，但大多只针对单一有机物，同时修饰多种有机物并且操作如此简单的方法几乎没有报道。除此以外，本专利技术所采用的修饰方法不涉及交联等操作，所合成的材料对细胞无任何毒性，且生物活性较高。中国专利CN201410188283介绍了一种药物使用的中空二氧化硅表面壳聚糖修饰的方法。此方法通过将空心介孔二氧化硅分散在壳聚糖的醋酸溶液中，通过pH调节将壳聚糖吸附在粒子表面，壳聚糖和中空介孔二氧化硅球之间没有化学键的连接，更多的依靠的是静电吸附等物理作用，在实际使用中很可能会因为环境的变化而导致表面修饰的壳聚糖脱落的问题。中国专利CN2017411437229介绍了一种羟基封端的聚乙二醇修饰的介孔二氧化硅纳米颗粒的制备及其用途。该方法将聚乙二醇进行马来酸酐活化和介孔二氧化硅表面氨基化修饰后，利用羟基和氨基反应将聚乙二醇修饰在介孔二氧化硅表面。此过程中采用了很多溶剂如二氯甲烷，甚至易制毒溶剂乙醚等，对实验环境和人体有害，且整个修饰过程十分繁琐，亦不利于实际生产。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种新方法，为介孔二氧化硅的修饰提供了新的解决途径。本专利技术的工艺简单，反应条件温和，对生产设备要求低，可控性高，并且反应过程中无任何有毒溶剂，可以广泛用于介孔二氧化硅的各类修饰中。为实现上述目的，本专利技术采用的技术方案如下：一种介孔二氧化硅表面修饰含活泼氢有机物的方法，其特征在于，包括：(a)将异氰酸丙基三乙氧基硅烷和含活泼氢有机物分散于N,N-二甲基甲酰胺中，并在50-120℃下反应45-50小时，得到溶液A；(b)将二氧化硅微球在酸性水溶液中超声分散，得到溶液B；(c)将溶液A加入到溶液B中，搅拌3-5小时后，用磷酸盐缓冲溶液调节pH至中性后继续搅拌10-30min，分离即得。所述的含活泼氢有机物有很多，我们将会用两种有机物来阐述修饰方法分别是壳聚糖和聚乙二醇单甲基醚，其反应如下所示：优选地，所述的步骤(a)所得溶液A中异氰酸丙基三乙氧基硅烷、含活泼氢有机物和N,N-二甲基甲酰胺的质量份数比为：1：0.5-5：5-20。优选地，所述的二氧化硅微球为介孔二氧化硅。优选地，所述的(b)中将二氧化硅微球在酸性水溶液中超声分散的具体步骤包括：将二氧化硅微球分散在水中，调节pH为酸性，超声分散。更优选地，所述的步骤(b)中所得溶液B中二氧化硅微球和水的质量份数比为1：100-200，所述酸性的pH值为1-2.4之内。优选地，所述的溶液A的质量为溶液B的1％-7％。优选地，所述的磷酸盐缓冲溶液是由KCl，KH2PO4，Na2HPO4，NaCl配制而成的水溶液，其质量分数分别为0.18-0.22‰，0.25-0.30‰，1.40-1.42‰，7.8-8.2‰。优选地，所述的分离为离心分离，转速6000-8000r/min，时间5-10min，分离所得沉淀用去离子水洗涤以后置于60-80℃下真空干燥20-30h或冷冻干燥，即可得粉末状含活泼氢有机物修饰的介孔二氧化硅。按照上述方案，步骤(a)中生成的有机物中烷氧基(CH3CH2O-)在酸性水溶液中发生水解反应生成硅醇基团(-SiOH)，而此基团可以与介孔二氧化硅表面的活性羟基(OH)发生缩合反应，生成Si-O-Si键，从而接枝在介孔二氧化硅微球表面。本专利技术首先利用异氰酸丙基三乙氧基硅烷中NCO基团和含活性氢的有机物进行反应，将异氰酸丙基三乙氧基硅烷键接在有机物上。有机物上的异氰酸丙基三乙氧基硅烷经过水解后与介孔二氧化硅表面的活性羟基(-OH)进行缩合，从而将有机物修饰在介孔二氧化硅的表面。与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：1)本专利技术的修饰方法操作简单，能够实际生产；2)反应过程中所使用的溶剂无毒无害，最后的反应液为中性，符合绿色反应标准。3)反应修饰后，如果有机物无毒，其修饰后的产物通过和细胞培养来看也是无毒的，可以用于医药行业。4)本专利技术适用多种含有活泼氢的有机物例如：壳聚糖，聚乙二醇单甲醚，聚乙二醇等有机物。5)本专利技术的制备方法对于设备要求低，反应过程中无挥发性气体产生，符合环境保护的理念。同时所制备的粒子经过细胞共培养后，我们发现这种修饰方法是无毒的，不会对细胞生长产生刺激或抑制作用，可以应用于载药。附图说明图1为本专利技术中介孔二氧化硅修饰后表面的结构示意图；图2为本专利技术中实验室合成的未修饰的介孔二氧化硅原料的SEM图；图3为介孔二氧化硅表面进行壳聚糖修饰后的红外图。(A)未修饰的介孔二氧化硅图，(B)壳聚糖的红外图，(C)壳聚糖修饰后的红外图。图4为壳聚糖修饰的介孔二氧化硅和Hacat细胞共培养24h后，细胞成活率图；图5为介孔二氧化硅表面进行聚乙二醇单甲醚修饰后的红外图。(A)未修饰的介孔二氧化硅图，(B)聚乙二醇单甲醚的红外图，(C)聚乙二醇单甲醚修饰后的红外图；图6为聚乙二醇单甲醚饰的介孔二氧化硅和Hacat细胞共培养24h后，细胞成活率图。具体实施方式下面结合具体实施例，进一步阐述本专利技术。应理解，这些实施例仅用于说明本专利技术而不用于限制本专利技术的范围。此外应理解，在阅读了本专利技术讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本专利技术作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。本专利技术各实施例所使用的介孔二氧化硅微球为实验室制备，其型号为MCM-48的介孔二氧化硅，纯介孔二氧化硅的具体合成方法参照SchumacherK,GrünM,UngerKK于1999年在《MicroporousandMesoporousMaterials》发表的文章《NovelsynthesisofsphericalMCM-48》，其合成的纯介孔二氧化硅的SEM图如图2所示。本专利技术各实施例所述的磷酸盐缓冲溶液是由KCl，KH2PO4，Na2HPO4，NaCl配制而成的水溶液，其质量分数分别为0.20‰，0.28‰，1.41‰，8.0‰。本专利技术各实施例所用的Hacat细胞购买自上海博谷生物科技有限公司产品货号为BG020，细胞DMEM培养基和胎牛血清购买自上海本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种介孔二氧化硅表面修饰含活泼氢有机物的方法，其特征在于，包括：(a)将异氰酸丙基三乙氧基硅烷和含活泼氢有机物分散于N,N‑二甲基甲酰胺中，并在50‑120℃下反应45‑50小时，得到溶液A；(b)将二氧化硅微球在酸性水溶液中超声分散，得到溶液B；(c)将溶液A加入到溶液B中，搅拌3‑5小时后，用磷酸盐缓冲溶液调节pH至中性后继续搅拌10‑30min，分离即得。

【技术特征摘要】
1.一种介孔二氧化硅表面修饰含活泼氢有机物的方法，其特征在于，包括：(a)将异氰酸丙基三乙氧基硅烷和含活泼氢有机物分散于N,N-二甲基甲酰胺中，并在50-120℃下反应45-50小时，得到溶液A；(b)将二氧化硅微球在酸性水溶液中超声分散，得到溶液B；(c)将溶液A加入到溶液B中，搅拌3-5小时后，用磷酸盐缓冲溶液调节pH至中性后继续搅拌10-30min，分离即得。2.如权利要求1所述的介孔二氧化硅表面修饰含活泼氢有机物的方法，其特征在于，所述的步骤(a)所得溶液A中异氰酸丙基三乙氧基硅烷、含活泼氢有机物和N,N-二甲基甲酰胺的重量份数比为：1：0.5-5：5-20。3.如权利要求1所述的介孔二氧化硅表面修饰含活泼氢有机物的方法，其特征在于，所述的二氧化硅微球为介孔二氧化硅。4.如权利要求1所述的介孔二氧化硅表面修饰含活泼氢有机物的方法，其特征在于，所述的(b)中将二氧化硅微球在酸性水溶液中超声分散的具体步骤包括：将二氧化硅微球分散在水中，调节pH为...

【专利技术属性】
技术研发人员：单晓茜，秦玉杰，韩宇，靳杭，
申请(专利权)人：上海应用技术大学，
类型：发明
国别省市：上海,31