聚酰胺－胺／硫化铋复合纳米粒子的制备及其生物相容性研究

李如强，高建平

（天津大学理学院化学系，天津300072）

硫化铋（Bi2S3）是一种直接带隙半导体材料，纳米硫化铋在热电、光电、储氢以及气体传感等方面有着广泛的 应 用 前 景［1－13］。Rabin 等［12］报 道 了 硫 化 铋 作 为CT增强对比剂的研究，结果显示，和常用的低分子碘对比剂相比，硫化铋纳米粒子的半衰期较长，避免了低分子量碘对比剂引起的肾脏排泄快和分布容积大等问题，为硫化铋的研究开辟了新的方向［14］。但他们所用的硫化铋纳米粒子为片状，尺寸较大，因而动力学阻力大，且容易引起生物分子的吸附和沉积。同时，这种片状纳米硫化铋的生物相容性不好，需用PVP包裹以提高其生物相容性。因此，寻找粒度可控的硫化铋纳米粒子的制备方法相当重要。

树形聚合物是一类三维高度有序的新型高分子，可以在分子水平上严格设计和控制分子大小、形状、结构和功能基团，单分散性好。这些独特的结构特点使其成为理想的模板，广泛应用于纳米科学、分子化学、生物技术、催化化学、界面化学等研究领域，并显示出诱人 的 应 用 前 景［15，16］。树 形 聚 合 物 聚 酰 胺 － 胺（PAMAM）无毒，无免疫原性［17，18］，其突出的特点和优势是内模板作用（内部吸附／配位和容纳），特别适合“接纳”纳米粒子［19］，此外，PAMAM 表面的终止基团可以被修饰以提高硫化铋纳米粒子的溶解性以及生物相容性，并可以作为纳米粒子的分散稳定剂［20］。树形聚合物／金属簇复合纳米粒子、树形聚合物／双金属纳米粒子及树形聚合物／半导体纳米粒子已有报道［21－24］，然而以PAMAM为模板制备硫化铋纳米粒子还未见文献报道。

作者以PAMAM为模板，成功制备了PAMAM／Bi2S3复合纳米粒子，用紫外可见吸收光谱和高分辨透射电镜对其进行了表征，并对复合纳米粒子进行了细胞培养实验以考察其生物相容性，拟为其应用于CT造影剂等生物领域提供参考。

1 实验

1．1 试剂与仪器

柠檬酸铋铵（C6H8BiNO7，ABC），上海振欣试剂厂；硝酸铋［Bi（NO3）3，BN］、硫化钠（Na2S）、乙二胺（EDA）、丙烯酸甲酯，天津市化学试剂厂。所用试剂均为分析纯。磷酸盐缓冲溶液（PBS溶液）参照标准方法配制，不同代数（G0．5～6．0）的PAMAM 根据文献［25］以乙二胺为初始反应物通过连续的迈克尔加成反应和酯交换反应制备。

HANGPING FA2104型电子分析天平，上海精科天平公司；TU－1901型紫外分光光度计，北京普析通用仪器有限责任公司；TECNAI G2F20型场发射高分辨透射电镜，荷兰Philips公司。

1．2 方法

1．2．1 复合纳米粒子的制备

搅拌下在6mL 0．3mmol·L－1（浓度根据需要进行调整）PAMAM 的水溶液中加入1．8mL 1mmol·L－1的 BN 水溶液，室温下搅拌 24h，使得 Bi3＋与PAMAM充分络合，然后缓慢滴加2．7mL 1mmol·L－1Na2S水溶液，继续搅拌反应1h，即得PAMAM／Bi2S3复合纳米粒子。

1．2．2 复合纳米粒子的表征

以相应浓度的PAMAM水溶液作为参比，用紫外分光光度计测定PAMAM／Bi2S3复合纳米粒子溶液（可根据需要稀释一定倍数）的紫外可见吸收光谱。用高分辨透射电镜观察样品形貌。

1．2．3 细胞培养实验

将生长良好的成纤维细胞培养液稀释到3×104个·mL－1。将已消毒的样品溶液分别加入到48孔培养板中，每孔注入量为0．1mL，3个孔为1个样品对照组，然后向放好样品的孔中加入0．4mL细胞液和0．5mL新鲜的培养液（样品浓度0．001mmol·L－1），盖好盖子放入CO2培养箱。第3d换培养液一次。分别在5h、1d、3d、5d、7d时用倒置相差显微镜观察细胞生长贴附情况。

2 结果与讨论

以PAMAM为模板制备Bi2S3纳米粒子过程中，首先是Bi3＋与PAMAM之间的络合，然后加入硫化物，生成PAMAM／Bi2S3复合纳米粒子。

2．1 Bi 3＋ 与PAMAM 的络合

以BN为铋源，选用整代（氨端基）PAMAM和半代（酯端基）PAMAM来研究PAMAM端基性质对Bi3＋络合的影响。

实验发现，向整代PAMAM水溶液中加入BN溶液时，无色透明溶液变成乳白色、半透明状，放置一段时间后会有白色絮状不溶物出现；而向半代PAMAM水溶液中加入BN溶液时得到透明溶液。表明整代（氨端基）PAMAM 不利于与Bi3＋的络合，因此，选择半代（酯端基）PAMAM为模板进行络合。

测试G5．5PAMAM分别与ABC和BN溶液配制成的络合溶液的紫外可见吸收光谱，结果如图1所示。

图1 PAMAM与ABC（a）和BN（b）络合的紫外可见吸收光谱Fig．1 The UV－Vis absorption spectra of the complexes of PAMAM with ABC（a）and BN（b）

由图1可知，ABC与G5．5PAMAM混合后吸收峰无明显变化，而BN与G5．5PAMAM混合产生了新的吸收峰。表明BN可以与G5．5PAMAM络合产生配体。因此，选择BN作为铋源。

2．2 复合纳米粒子的制备条件

以半代PAMAM、BN、Na2S为原料，制备PAMAM／Bi2S3复合纳米粒子，研究了反应条件对产物的影响。结果表明，高温和高浓度Na2S溶液不利于形成稳定、分散性好的复合纳米粒子溶液。因此，后续实验选择在室温条件下，以1mmol·L－1Na2S溶液进行。

以不同代数的PAMAM为模板制备PAMAM／Bi2S3复合纳米粒子，并用高分辨透射电镜（HRTEM）进行表征。结果表明，G3．5PAMAM／Bi2S3、G4．5 PAMAM／Bi2S3、G5．5PAMAM／Bi2S3的平均粒径分别为3．7nm、3．0nm、2．5nm。当增大反应物配比（PAMAM 与Bi3＋的物质的量比）时，产物粒径变大。因此，通过改变实验条件可控制纳米粒子的尺寸。

G5．5PAMAM／Bi2S3的光学照片、TEM 照片和EDS能谱见图2。

2．3 细胞培养实验结果

培养7d的细胞和对照的光学照片见图3。

由图3可知，细胞培养5h时开始贴壁，并有部分生长出伪足，开始变形；1d后的对照组细胞几乎全部贴壁，生长形态良好，样品组细胞也开始伸展，但长势有所不同；3d时细胞数目明显增加，形态良好，细胞密度很大；7d时，细胞生长情况和5d时相似。图中黑点为没有贴壁已经固缩死亡的成纤维细胞，可能是后期营养不足所致。表明，G5．5PAMAM／Bi2S3复合纳米粒子对细胞无明显毒性，故可以安全用于CT造影剂等生物医疗领域。

3 结论

通过改变实验条件如PAMAM代数、反应温度、反应物浓度、反应物配比等制备了粒度可控的PAMAM／Bi2S3复合纳米粒子，细胞培养实验表明，G5．5 PAMAM／Bi2S3复合纳米粒子无细胞毒性，可应用于CT造影剂等生物领域。

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