содержание .. 1 2 3 4 ..
Аминирование поверхности магнитных наночастиц для иммобилизации кардиопротективных препаратов и флуоресцентных красителей - часть 3
Полосы поглощения 922 и 862 см-1 выявили наличие растяжения связи Si-O-
H и O-H на поверхности магнетита. Две широкие полосы при 3417 и 1625 см-
1 могут быть приписаны валентной вибрации N-H и NH2 - изгиб свободной
NH2 группы, соответственно. Кроме того, силанолы, связанные с
водородными связями так же поглощают около
3200
и
3470 см-1.
Присутствие закрепленной пропильной группы было подтверждено
колебаниями валентности C-H, которые появились при 2930 и 2862 см-1.
В статье
[9]
на
рисунке
11
показаны диаграммы
рентгенодифрактограммы для МНЧ. АПТЭС-МНЧ и ЦД-МНЧ для проверки
чистоты фазы. Для сравнения был использован эталонный образец магнетита
Объединенного комитета по порошковым дифракционным стандартам
(JCPDS) (№ 85-1436), в котором в стандартном кристалле Fe3O4 с кубической
структурой шпинеля наблюдаются дифракционные пики (2 2 0) , (3 1 1), (4 0
0), (4 2 2), (5 1 1) и (4 4 0). Для всех образцов отсутствие пиков (1 1 0) и (1 0
4) указывает на то, что гетит α-FeO(OH) и гематит α-Fe2O3 не образуются в
подготовленных образцах, поскольку соединения имеют характерный пик
дифракции (1 1 0) и (1 0 4), соответственно [15].
Рисунок 11- Дифракционные картины МНЧ (a), АПТЭС-МНЧ (b) и ЦД-МНЧ (с)
24
Очевидно, что рентгенограммы синтезированных магнитных
наночастиц здесь находятся в хорошем соответствии с рисунками
стандартной структуры шпинели Fe3O4. Таким образом, доминирующая фаза
кубической фазы шпинели Fe3O4 может быть подтверждена путем
комбинирования данных TGA. Кроме того, рентгенограммы для АПТЭС-
МНЧ и ЦД-МНЧ показали, что покрытие АПТЭС и прививка ЦД не привели
к фазовому изменению Fe3O4. Слабая широкая полоса появилась в АПТЭС-
МНЧ и ЦД-МНЧ. Это можно отнести к образованию аморфной оболочки из
аминосилана и покрытию молекул β-ЦД вокруг магнитных сердечников [21].
25
2 ЦЕЛИ И ЗАДАЧИ
Целью работы являлось исследование эффективности аминирования
магнитных наночастиц различными способами и оценка возможности
применимости для медицинских целей.
В соответствии с поставленной целью решались следующие задачи.
1.
Отработка методов поверхностной модификации МНЧ
аминогруппами.
2. Определение и идентификация ИК-спектров полученных образцов.
3. Определение содержания общего и доступного количества
аминогрупп при разных методах аминирования.
4. Отработка методов иммобилизации флуоресцентных красителей на
поверхности аминированных МНЧ.
5. Проверка возможности применения полученных экспериментальных
образцов в медицине.
26
3 МЕТОДЫ И ОБЪЕКТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ
3.1 Используемые реактивы
Использованные в работе реактивы приведены в таблице 1.
Таблица 1 - Использованные в работе реактивы
№ п/п
Наименование
Описание
1
МНЧ1
Магнитные наночастицы
2
МНЧ2
Магнитные наночастицы с
диоксидом кремния
3
Глицин
Порошок белого цвета
4
3-аминопропилтриэтоксисилан
Прозрачная маслянистая
жидкость
5
Индоцианин зеленый
Жидкость зеленого цвета
6
Флуоресцеин
Порошок
кирпичного
цвета
Бензол
Бесцветная жидкость со
специфическим
сладковатым запахом
7
Хлороформ
Бесцветная
летучая
жидкость с эфирным
запахом и сладким вкусом
8
Этанол медицинский 95%
Летучая,
бесцветная,
прозрачная жидкость
Микрофотографии НЧ получали при помощи просвечивающего
электронного микроскопа
(ПЭМ) с автоэмиссионным катодом JEM-1400
STEM (JEOL, Япония).
В работе использовались следующие типы НЧ: НЧ магнетита
игольчатой формы (МНЧ1), синтезированные согласно методике [22, 23] и
НЧ магнетит-кремнезем (МНЧ2), полученные в соответствии с [22]. Размеры
27
НЧ, форм-фактор и описание по данным ПЭМ приведены в таблице 2,
электронные микрофотографии — на рисунке 12.
Таблица 2 — Свойства исходных наноматериалов
Средний
Средний
Тип НЧ
размер
Описание
форм-фактор
частиц, нм
МНЧ1
10
3,5
Частицы игольчатой формы
Отдельные частицы и их
МНЧ2
10
1
агломераты
а
б
Рисунок 12 — ПЭМ-изображения исходных наноматериалов: а — МНЧ1; б — МНЧ2
3.2 Методы аминирования
Аминирование магнитных НЧ проводилось двумя реагентами:
глицином и
3-аминопропилтриэтоксисиланом
(АПТЭС). Аминирование
28
АПТЭС проводилось тремя разными методами: из водного раствора, из
этанола и из сухого бензола.
Для обоих типов МНЧ синтез проводился одинаково.
Схема химической модификации глицином (а) и АПТЭС (б) показана
на рисунке 13.
а
б
Рисунок 13 - Схема аминирования; а - глицином; б - АПТЭС
3.2.1 Аминирование глицином в водной среде
Аминирование глицином в водной среде проводилось следующим
образом. В полипропиленовую пробирку емкостью 15 мл. помещали 2 мл.
суспензии НЧ, концентрацией 30 мг/мл. Далее к нему добавляется свежий
раствор глицина, приготовленный путем растворения 50 мг последнего в 1
мл дистиллированной воды. Полученный раствор перемешивали в течение 30
минут на шейкере LS-220 (LOIP, Россия) частотой 300 мин-1 при комнатной
температуре. После этого образец пятикратно промывали дистиллированной
водой с магнитной сепарацией.
29
3.2.2 Аминирование АПТЭС из водной среды
Аминирование АПТЭС из водной среды проводилось следующим
образом. В полипропиленовую пробирку емкостью 15 м. помещали 2 мл
суспензии НЧ, концентрацией
30 мг/мл, добавляли
200 мкл АПТЭС и
перемешивали на шейкере LS-220 (LOIP, Россия) в течение 30 минут при
скорости
300 мин-1 при комнатной температуре. После этого образец
пятикратно промывали дистиллированной водой с магнитной сепарацией.
3.2.3 Аминирование АПТЭС из этанола
Для аминирования из этанола сначала проводилась замена
растворителя следующим образом. Водная суспензия, содержащая 50 мг НЧ
в 2 мл воды, центрифугировалась на центрифуге Biosan LMC-4200R (Латвия)
течение
5 минут на скорости
3000 мин-1 при температуре
20
°С.
Надосадочная жидкость сливалась, а осадок пятикратно промывался
этанолом. Затем проводилось диспергирование НЧ на ультразвуковом
диспергаторе УЗД-2 (ФГУП НИИ ТВЧ, Россия) в течение 5 минут в этаноле.
К полученной суспензии добавляли 200 мкл АПТЭС и перемешивали на
шейкере LS-220 (LOIP, Россия) в течение 30 минут при скорости 300 мин-1
при комнатной температуре. После этого образец пятикратно промывали
дистиллированной водой с магнитной сепарацией.
3.2.4 Аминирование АПТЭС из бензола
Подготовка реактивов
Сухой бензол получали методом двойной перегонки.
Бензол образует с водой азеотропную смесь, которая кипит при
температуре
69,25° С и содержит
91,17% бензола. Это обстоятельство
используется для обезвоживания бензола
[23]. Вторую перегонку, как
правило, осуществляют со щелочью или металлическим натрием.
Схема установки, использованной для перегонки бензола показана на
рисунке 14.
30
В грушевидную колбу, емкостью 250 мл заливали 150 мл бензола и
перегоняли при помощи установки, показанной на рисунке 1. После того как
было собрано примерно 10% дистиллята и температура возрастала до 80,1°
С, меняли колбу и в приемник начинал поступать бензол, очищенный от
азиатропной смеси. Последние 10% бензола также не отбирали. Первую и
последнюю фракции утилизировали в химический слив.
Затем остывший бензол снова заливали в грушевидную колбу
емкостью 250 мл, добавляли 2 грамма сухой щелочи и снова перегоняли при
температуре 80,1° С. Последние 10% смеси не отбирали. Полученный таким
образом бензол использовался для синтеза.
3
HO
2
4
2
5
HO2
1
6
7
Рисунок 14 - Установка перегонки: 1 - грушевидная колба со шлифом ТС Гр-1-250-14/23;
2 - насадка Вюрца Н1-14/23-14/23-14/23; 3 - термометр; 4 - холодильник прямой ХПТ-1-
200-14/23; 5 - алонж АИ-14/23-60; 6 - колба коническая Кн-3-250-34; 7 -
колбонагреватель LOIP LH-225
31
Синтез
Модифицирование поверхности магнитных наночастиц осуществляли
по следующей методике. В круглодонную колбу, объемом 50 мл помещали 2
грамм МНЧ и 25 мл 5% раствора 3-аминопропилтриэтоксисилана в бензоле.
Реакционную смесь кипятили в течение двух часов при температуре 80 °С с
обратным холодильником, используя термостатированную ячейку,
соединенную с жидкостным термостатом LT-105a (LOIP, Россия). Избыток
реагента удаляли многократной промывкой сухим хлороформом используя
магнитную сепарацию. На заключительной стадии промывки использовался
этиловый спирт. Во время модифицирования и промывки осуществляли
интенсивное перемешивание реакционной смеси с помощью магнитной
мешалки.
Схема установки, использованной для синтеза, показана на рисунке 15.
Содержание, общее содержание и содержание доступных аминогрупп,
определялись методами обратного титрования и емкостью по индоцианину
зеленому.
32
7
6
8
5
2
HO
HO2
4
3
90,0
1
2
Рисунок 15 - Установка синтеза: 1 - Жидкостный термостат; 2 - силиконовые трубки
8Х1,5; 3 - стеклянная термостатируемая ячейка; 4 - грушевидная колба со шлифом Гр-1-
250-14/23; 5 - холодильник прямой (обратный) ХПТ-1-200-14/23; 6 - насадка Вюрца Н1-
14/23-14/23-14/23; 7 - термометр; 8 - каплеуловитель КО-14/23-60
3.3 Иммобилизация флуоресцентных красителей
На аминированные различными методами НЧ проводили хемосорбцию
флуоресцентного красителя. Для всех типов НЧ операция проводилась
идентично. В работе использовались два флуорофора: индоцианин зеленый
(ИЦЗ) и флуоресцеин (ФЛН).
33
Для всех типов НЧ операция проводилась идентично.
К суспензии, содержащей
50 мг предварительно аминированных
наночастиц в 2 мл воды, добавили 1 мл раствора флуоресцентного красителя
концентрацией 1 мг/мл и 1 мл дистиллированной воды. Сорбцию проводили
в 15-миллилитровых полипропиленовых пробирках на шейкере LS-220 при
скорости перемешивания
300 мин-1 в течение
2 часов. Затем раствор
центрифугировали в течение 5 минут на скорости 3000 мин-1 и промывали 5
раз дистиллированной водой с центрифугированием. Предположительный
механизм хемосорбции ИЦЗ показан на рисунке 16, а, ФЛН — на рисунке 16,
б.
а
б
Рисунок 16 — Схема синтеза: а — иммобилизация индоцианина зеленого; б —
иммобилизация флуоресцеина
34
3.4 Методы анализа образцов
3.4.1 Получение микрофотографий
Микрофотографии МНЧ получали при помощи просвечивающего
электронного микроскопа
(ПЭМ) с автоэмиссионным катодом JEM-1400
STEM (JEOL, Япония).
3.4.2 Получение ИК-спектров
Химический состав оболочек полученных МНЧ исследовали при
помощи ИК Фурье-спектроскопии с использованием прибора NICOLET 6700
(Thermo Scientific, США).
Синтезированные образцы высушивались двумя методами: в
сухожаровом шкафу при температуре 60°С в течение 24 часов и при помощи
лиофильной сушки при температуре -50°С, давлении 3·10-4 атм в течение 48
часов.
Сухие порошки прессовались в таблетки с KBr диаметром 5 мм и
отправлялись на анализ.
3.4.3 Определение общего содержания аминогрупп методом обратного
титрования
Поскольку в суспензии магнитных наночастиц кислотно-основной
индикатор не заметен, использовалась методика обратного титрования.
Суть метода заключалась в следующем. К аминированным МНЧ
приливали 1 мл 0,1 Н соляной кислоты и оставляли для нейтрализации
аминогрупп на
15 минут, периодически встряхивая. Затем, суспензию
центрифугировали в течение 5 мин, на скорости 3000 мин-1. Надосадочную
жидкость титровали
(рис.
17) с кислотно-основным индикатором
метилоранжем 0,1 Н щелочью (NaOH).
По количеству щелочи рассчитывали конечное общее содержание
аминогрупп.
35
содержание .. 1 2 3 4 ..