一种亲水性实心球形材料、制备方法及其应用技术

本申请公开了一种亲水性实心球形材料，其特征在于，包括：包覆有聚合物I的含金属纳米粒子和聚合物II；所述聚合物I由含有单体I的原料聚合得到，所述聚合物II由含有单体II的原料聚合得到；所述包覆有聚合物I的含金属纳米粒子分布在所述聚合物II中；所述聚合物II为亲水性聚合物；所述聚合物I和聚合物II之间，通过式(1)和/或式(2)中所示结构单元连接。所述亲水性实心球形材料，可用于检测细胞内部压力变化的压力传感器中。

【技术实现步骤摘要】
一种亲水性实心球形材料、制备方法及其应用
本申请涉及一种亲水性实心球形材料、制备方法及其应用，可用于检测细胞内部压力变化的压力传感器，属于医学材料领域。
技术介绍
在过去的十年中，胶体金属纳米粒子被广泛应用于生物和医学研究。一些深入的研究表明，NPs功能分子或者具有特殊敏感性的粒子经修饰后可以显示内外部环境的变化。这些修饰后的材料可以是单独的纳米颗粒也可以是纳米复合物，且具有不同的形状。当外部的条件改变时，具有特殊晶体结构的纳米复合物通过物理性质的变化表现出了敏感行为，这些物理性质的变化包括等离子体耦合效应、质子转移、离子吸收或释放和电子跃迁。金属粒子通过用紫外/可见光散射和吸收的光能激发时可以产生表面等离子体共振的现象。根据这一光学性质，改变金属粒子之间的距离是构建灵敏的、有效的传感器的关键。金属纳米复合物由结构的变化而引起的物理和化学性质的变化已经得到证实，因此这些不同性质的体现可以为其在能源转换、指示剂和病症治疗等领域的应用提供有力的依据。在这种情况下，作为贵金属纳米粒子的一种，金纳米粒子已经在合成、表征、功能化修饰和组装方面有巨大的优势且取得了代表性的成果。金纳米链复合薄膜证明，在对其施加不同压力时，一维链状的线性组装导致了粒子间相互作用和极性变化的长电荷排斥，使得电子等离子体耦合效应可以从UV/Vis吸收峰的位移体现出来。一些研究表明，细胞的死亡可以用细胞形态学来解释，但是这些研究仅仅是细胞外部形态的描述而不是从细胞内部层面。细胞从活着到死亡，它的外部形态则是从不规则变为球形，但是在这一转变过程中，至今没有人能够证明细胞内部的压力是否发生变化。专利
技术实现思路
根据本申请的一个方面，提供一种3D金属纳米粒子实心球聚合物材料，该材料是可以用于检测细胞内部压力变化的压力传感器，且有望用于光学诊断高血压等心血管疾病、癌症的检测试剂。所述亲水性实心球形材料，其特征在于，包括：包覆有聚合物I的含金属纳米粒子和聚合物II；所述聚合物I由含有单体I的原料聚合得到，所述聚合物II由含有单体II的原料聚合得到；所述包覆有聚合物I的含金属纳米粒子分布在所述聚合物II中；所述聚合物II为亲水性聚合物；所述聚合物I和聚合物II之间，通过式(1)和/或式(2)中所示结构单元连接：所述亲水性实心球形材料既可以是聚合物II包覆在每个包覆有聚合物I的含金属纳米粒子外面形成的球形材料(即，每粒球形材料包括金属纳米粒子的核+聚合物I形成的第一壳层+聚合物II形成的第II壳层)；也可以是聚合物II将多个包覆有聚合物I的含金属纳米粒子包裹在一起形成一个球形的球形材料(即，聚合物II将多粒包覆有聚合物I的含金属纳米粒子包裹成一粒球形材料)。优选地，所述亲水性实心球材料的粒径范围为100nm～2μm。优选地，所述亲水性实心球材料中，所述包覆有聚合物I的含金属纳米粒子的粒径范围为1nm～10nm。作为一种实施方式，所述含金属纳米粒子是单金属纳米粒子，选自Au金属纳米粒子、Ag金属纳米粒子、Cu金属纳米粒子、Ni金属纳米粒子、Zn金属纳米粒子、Pb金属纳米粒子、Fe金属纳米粒子、Al金属纳米粒子、Mg金属纳米粒子、Sn金属纳米粒子、Co金属纳米粒子、Ca金属纳米粒子、Mo金属纳米粒子、Pd金属纳米粒子、Ta金属纳米粒子、Ti金属纳米粒子、Bi金属纳米粒子、Mn金属纳米粒子、Pt金属纳米粒子、Cr金属纳米粒子、V金属纳米粒子中的一种。作为一种实施方式，所述含金属纳米粒子是合金纳米粒子，所述合金由Au、Ag、Cu、Ni、Zn、Pb、Fe、Al、Mg、Sn、Co、Ca、Mo、Pd、Ta、Ti、Bi、Mn、Pt、Cr、V中的至少两种形成。优选地，所述合金为Ag-Au合金、Ag-Sn合金、Cu-Ni合金、Ni-Al合金、Ni-Fe合金、Ni-Co合金中的至少一种。作为一种实施方式，所述含金属纳米粒子是金属氧化物纳米粒子，所述金属氧化物纳米粒子选自MFe2O4纳米粒子和/或Mn3O4纳米粒子；其中M选自Fe、Co、Ni、Zn、Mn中的至少一种。作为一种实施方式，所述含金属纳米粒子是量子点，所述量子点选自ZnO、CdS、PbS、CdSe、CuInS2中的至少一种。优选地，所述含金属纳米粒子是Au金属纳米粒子。优选地，所述单体I形成的聚合物I表面含有羧基。优选地，所述单体II中含有：(i)碳碳不饱和键；和(ii)羟基和/或氨基。优选地，所述聚合物I为聚异丁烯异丁烯-顺丁烯二酸酸酐。根据本申请的又一方面，提供制备上述任意亲水性实心球材料的方法，首先，含有羟基和/或氨基的单体II与包覆有聚合物I的含金属纳米粒子反应，单体II中的羟基和/或氨基与包覆有聚合物I的含金属纳米粒子表面的羧基形成式(1)和/或式(2)中所示结构单元，单体II连接于包覆有聚合物I的含金属纳米粒子上；然后，加入自由基引发剂，单体II中的碳碳不饱和键聚合，形成聚合物II，从而得到所述亲水性实心球材料。聚合物I和聚合物II之间，通过式(1)和/或式(2)中所示结构单元连接。所述制备亲水性实心球材料的方法，其特征在于，至少包含如下步骤：a)获得包覆有聚合物I的含金属纳米粒子；b)将包覆有聚合物I的含金属纳米粒子与单体II在催化剂存在下接触反应，得到前驱体；c)向前驱体中加入自由基引发剂，经聚合反应形成所述亲水性实心球材料。其中，包覆有聚合物I的含金属纳米粒子通过制备得到。作为一种优选的实施方式，所述包覆有聚合物I的含金属纳米粒子选自包覆有聚异丁烯异丁烯-顺丁烯二酸酸酐的含金属纳米粒子。作为一种优选的实施方式，所述单体II选自丙烯酸酯类化合物中的至少一种。进一步优选地，所述单体II选自2-羟基乙基甲基丙烯酸酯、糖基氧乙基甲基丙烯酸酯中的至少一种。作为一种优选的实施方式，所述催化剂选自偶联剂中的至少一种。进一步优选地，所述催化剂选自1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺盐酸盐、二环己基碳二亚胺、N-羟基丁二酰亚胺、4-二甲氨基吡啶中的至少一种。作为一种优选的实施方式，所述自由基引发剂选自偶氮化合物中的至少一种。进一步优选地，所述自由基引发剂选自偶氮二异丁腈、偶氮二异庚腈、偶氮二异丁酸二甲酯中的至少一种。本领域技术人员可以根据具体需要，选择步骤b)中包覆有聚合物I的含金属纳米粒子、单体II和催化剂的用量。优选地，步骤b)中，包覆有聚合物I的含金属纳米粒子、单体II、催化剂的摩尔比例为：包覆有聚合物I的含金属纳米粒子：单体II：催化剂＝1：1～3000：1～4096000；其中，包覆有聚合物I的含金属纳米粒子的摩尔数以其中所含金属元素的摩尔数计。进一步优选地，包覆有聚合物I的含金属纳米粒子、单体II、催化剂的摩尔比例为：包覆有聚合物I的含金属纳米粒子：单体II：催化剂＝1：500～1500：1000000～1100000；其中，包覆有聚合物I的含金属纳米粒子的摩尔数以其中所含金属元素的摩尔数计。优选地，步骤b)中的反应温度为20℃～80℃，反应时间不少于0.5h。本领域技术人员可以根据具体需要，选择步骤c)中前驱体和自由引发剂的用量。优选地，步骤c)中，前驱体与自由基引发剂的摩尔比例为：前驱体：自由基引发剂＝1：1～312500；其中，前驱体的摩尔数以其中所含的金属元素的摩尔数计。优选地，本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种亲水性实心球形材料，其特征在于，包括：包覆有聚合物I的含金属纳米粒子和聚合物II；所述聚合物I由含有单体I的原料聚合得到，所述聚合物II由含有单体II的原料聚合得到；所述包覆有聚合物I的含金属纳米粒子分布在所述聚合物II中；所述聚合物II为亲水性聚合物；所述聚合物I和聚合物II之间，通过式(1)和/或式(2)中所示结构单元连接：

【技术特征摘要】
1.一种亲水性实心球形材料，其特征在于，包括：包覆有聚合物I的含金属纳米粒子和聚合物II；所述聚合物I由含有单体I的原料聚合得到，所述聚合物II由含有单体II的原料聚合得到；所述包覆有聚合物I的含金属纳米粒子分布在所述聚合物II中；所述聚合物II为亲水性聚合物；所述聚合物I和聚合物II之间，通过式(1)和/或式(2)中所示结构单元连接：2.根据权利要求1所述的亲水性实心球材料，其特征在于，所述亲水性实心球材料的粒径范围为100nm～2μm。3.根据权利要求1所述的亲水性实心球材料，其特征在于，所述亲水性实心球材料中，所述包覆有聚合物I的含金属纳米粒子的粒径范围为1nm～10nm。4.根据权利要求1所述的亲水性实心球材料，其特征在于，所述含金属纳米粒子是单金属纳米粒子，选自Au金属纳米粒子、Ag金属纳米粒子、Cu金属纳米粒子、Ni金属纳米粒子、Zn金属纳米粒子、Pb金属纳米粒子、Fe金属纳米粒子、Al金属纳米粒子、Mg金属纳米粒子、Sn金属纳米粒子、Co金属纳米粒子、Ca金属纳米粒子、Mo金属纳米粒子、Pd金属纳米粒子、Ta金属纳米粒子、Ti金属纳米粒子、Bi金属纳米粒子、Mn金属纳米粒子、Pt金属纳米粒子、Cr金属纳米粒子、V金属纳米粒子中的一种；或者所述含金属纳米粒子是合金纳米粒子，所述合金由Au、Ag、Cu、Ni、Zn、Pb、Fe、Al、Mg、Sn、Co、Ca、Mo、Pd、Ta、Ti、Bi、Mn、Pt、Cr、V中的至少两种形成；或者所述含金属纳米粒子是金属氧化物纳米粒子，所述金属氧化物纳米粒子选自MFe2O4纳米粒子和/或Mn3O4纳米粒子；其中M选自Fe、Co、Ni、Zn、Mn中的至少一种；或者所述含金属纳米粒子是量子点，所述量子点选自ZnO、CdS、PbS、CdSe、CuInS2中的至少一种。5.根据权利要求1所述的亲水性实心球材料，其特征在于，所述单体I形成的聚合物I表面含有羧基；所述单体II中含有：(i)碳碳不饱和键；和(ii)羟基和/或氨基。6.制备权利要求1至5任一项所述亲水性实心球材料的方法，其特征在于，至少包含如下步骤：a)获得包覆有聚合物I...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨方，吴爱国，孙莉，
申请(专利权)人：中国科学院宁波工业技术研究院慈溪生物医学工程研究所，
类型：发明
国别省市：浙江,33