氨丁三醇对磁性荧光双功能材料Fe3O4/Alendronate@CdSe的影响

翁 婷，王胜男，刘勇健，刘 敏

（苏州科技大学 化学生物与材料工程学院，江苏 苏州215009；江苏省环境功能材料重点实验室，江苏 苏州 215009）

氨丁三醇对磁性荧光双功能材料Fe3O4/Alendronate@CdSe的影响

翁 婷，王胜男，刘勇健*，刘 敏

（苏州科技大学 化学生物与材料工程学院，江苏 苏州215009；江苏省环境功能材料重点实验室，江苏 苏州 215009）

采用化学共沉淀法制备Fe3O4磁性纳米颗粒，选用阿伦磷酸钠（Alendronate）对Fe3O4进行修饰，得到分散性良好、粒径均一的Fe3O4/Alendronate复合微球，再制备半导体CdSe量子点，以3-巯基丙酸修饰。将Fe3O4/Alendronate复合微球与修饰后的CdSe量子点连接，得到负载型双功能纳米材料Fe3O4/Alendronate@CdSe；同时研究了氨丁三醇（Tris）试剂对该双功能纳米微球性能的影响，得到复合材料Fe3O4/Alendronate/Tris@CdSe。对这两种纳米粒子进行了结构的测定和性能的表征。实验表明，两种复合材料都具备良好的磁性和荧光性能，且Tris修饰后与量子点连接的双功能材料荧光性能更加优越。该Fe3O4/Alendronate/Tris@CdSe复合材料有望广泛应用于药物分离、可视化、靶向治疗等生命科学领域。

磁性纳米微粒；阿伦磷酸钠；氨丁三醇；量子点；双功能材料

磁性Fe3O4纳米颗粒由于其优异的磁学性能[1-5]可以在外磁场中定位和移动。作为一种磁场敏感材料，已广泛应用于蛋白质分离和药物控制释放[6-8]等许多领域。半导体量子点是一种尺寸一般在2-10 nm的零维纳米半导体材料[9-10]。自发现以来，就由于其优异的发光效应而广受关注，是目前制备荧光探针最好的材料之一[11-12]。

将Fe3O4磁性纳米颗粒和量子点键合，形成兼具可视化和可追踪性的磁性荧光纳米复合材料。这种复合材料可以应用于生物医学领域，并已经在细胞成像、活体纳米高热疗法、细胞免疫标记、蛋白质探测等方面取得了较好的成果[13-15]。目前已有国内外学者开发制备该复合材料，但是制备方法复杂且成本较高。Jun Ou[16]等用硅层包覆Fe3O4磁性纳米粒子，通过石墨烯、壳聚糖将Fe3O4/SiO2与CdTe量子点连接，制备出Fe3O4/SiO2/graphene-CdTe QDs/CS磁性荧光复合材料。笔者所在课题组[17]以甘氨酸和甲基丙烯酸甲酯为修饰剂和联结剂，并与CdSe/CdS量子点连接，得到具有荧光磁性双功能的纳米微球，并与BSA一起培育证实了该纳米复合材料的生物相容性。

文中改进了Fe3O4颗粒的修饰剂，使用阿伦磷酸钠进行修饰，并用氨丁三醇进行改性，极大地提高了该磁性荧光纳米材料的荧光性能，为该纳米材料在细胞成像等邻域的应用提供一定依据。由于Fe3O4比表面积高，聚集效应强，所以阿伦磷酸钠和氨丁三醇修饰可降低Fe3O4表面能，得到分散性较好的磁性颗粒，同时引入羟基基团，易于与其他物质相连。3-巯基丙酸不仅作为量子点的修饰剂，而且在CdSe表面引入大量的羧基，从而又可作为联结剂和保护剂，与表面富含羟基的Fe3O4颗粒发生脱水缩合反应，制备出核壳结构的Fe3O4/Alendronate@CdSe和Fe3O4/Alendronate/Tris@CdSe磁性荧光双功能复合材料。

1 实验部分

1.1 试剂与仪器

试剂：阿伦磷酸钠（AR），氨丁三醇（AR），购于阿拉丁试剂（上海）有限公司；四甲基氢氧化铵（TMAOH，25%），购于 Aldrich 公司；七水合硫酸亚铁（FeSO4·7H2O，纯度≥99.0%），无水乙醇，六水三氯化铁（FeCl3·6H2O，纯度≥99.0%），一水合氯化镉（CdCl2·H2O），二氧化硒（SeO2），氨水（24%），3-巯基丙酸（3-MPA）等试剂购于国药集团化学试剂有限公司。

仪器：超声波清洗仪（KQ-3000E，上海绿宇精密仪器制造有限公司），电子天平（YP1201N，上海精密科学仪器有限公司），荧光分光光度计（LS55，美国PerkinElmer公司），磁力搅拌器（JB-3，上海雷磁仪器厂），恒温摇床（HZQ-QB型，苏州威尔实验用品有限公司）；7410型振动样品磁力计（美国Lake Shore公司）；H-600型透射电子显微镜（日本日立公司）；OLYMPUS DP73型荧光显微镜（日本奥林巴斯公司）；X′Pert-Pro MPD型X-射线衍射仪（荷兰帕纳科公司）。

1.2 实验过程

1.2.1 Fe3O4纳米微粒的制备

按Fe2+与Fe3+摩尔比约为1∶1.6，分别取2.23 g的Fe3O4·7H2O 和3.51 g的FeCl3·6H2O溶于100 mL的水中，并将混合溶液均匀倒入三口烧瓶中，通入氮气保护，60℃恒温搅拌，滴加浓氨水至pH=9，继续反应2 h。蒸馏水洗涤至中性，60℃真空干燥，并研磨成粉。

1.2.2 Fe3O4/Alendronate的制备

用40 mL（7%）的TMAOH溶液浸泡0.2 g的Fe3O4，使羟基富集在Fe3O4表面，用乙醇洗两次。再加入17 mL的25 mmol·L-1阿伦磷酸钠水溶液，调节pH值至6.3，持续搅拌12 h，得到产物（记为C1）。

1.2.3 Fe3O4/Alendronate/Tris的制备

取0.1 g上述Fe3O4，加入20 mL的10 mmol·L-1粒子氨丁三醇（Tris）水溶液，持续搅拌 6 h，得到 Tris修饰的磁性纳米颗粒（记为C2）。反应原理如下：

图1 Fe3O4/Alendronate（C1）和 Fe3O4/Alendronate/Tris（C2）的反应原理图

1.2.4 CdSe量子点的制备[18]

取200 mM的CdCl2·H2O溶于蒸馏水中，加入3-巯基丙酸至溶液的pH值至4.5，得到Cd前体。取200 mM二氧化硒（SeO2）加入另一三口瓶中，100℃下回流，并通入氩气保护，至完全融化。将其加入到上述Cd前体中，升温至120℃，反应1 h，所得产物冷却至室温，搅拌并过滤，用蒸馏水洗涤三次，离心分离后100℃真空干燥，最后制得橙色的CdSe量子点（记为F）。

1.2.5 磁性荧光双功能材料的合成

在PBS缓冲液中加入CdSe量子点，加入少量C1磁性微粒，放入30℃恒温摇床中，反应5 h。得到的产物通过磁场分离提纯，得到荧光磁性双功能分子微球Fe3O4/Alendronate@CdSe（记为C1F）。同样的方法将量子点与C2连接得到Fe3O4/Alendronate/Tris@CdSe（记为C2F）复合材料。图2、图3分别为制备C1F和C2F的机理图。

图2 Fe3O4/Alendronate@CdSe（C1F）的制备机理图

图3 Fe3O4/Alendronate/Tris@CdSe（C2F）的制备机理图

2 结果与讨论

2.1 FT-IR表征分析

图4（a）、（b）、（c）分别是纯 Fe3O4、C1和 C2的红外谱图。由图 4 可知，（a）、（b）、（c） 都有 583 cm-1左右 Fe-O 键的吸收峰；1 631 cm-1和3 433 cm-1处-OH的弯曲振动和伸缩振动峰，表明Fe3O4颗粒存在。（b）图中在1 634 cm-1处出现的吸收峰为N-H的弯曲振动吸收峰，在2 928 cm-1与2 866 cm-1处出现的吸收峰分别是-CH2-的碳氢反对称和对称伸缩振动吸收峰，由此可见阿伦磷酸钠已修饰到磁性纳米粒子Fe3O4的表面。（c）图中 3 488 cm-1和 3 424 cm-1处形成的双吸收峰为酰胺键的伸缩振动，与-OH的伸缩振动峰发生重叠，形成一个宽峰。1 642 cm-1处为酰胺键的弯曲振动吸收峰，1 544 cm-1处为伯胺的弯曲振动峰。综合说明Fe3O4的表面成功修饰上阿伦磷酸钠后又与Tris成功反应，得到了Fe3O4/Alendronate/Tris复合物。

2.2 XRD晶体结构分析

图5中（a）为所制得的Fe3O4纳米颗粒的X-射线衍射图，反尖晶石型立方相 Fe3O4的（213），（278），（398），（391），（510）和（418）晶面分别对应于 2θ=30.27°，35.62°，43.50°，53.78°，57.34°，62.92°的衍射峰。 图（b）、（c）分别为 C1和 C2的X-射线衍射图，表明阿伦磷酸钠和氨丁三醇修饰后的Fe3O4纳米颗粒晶型没有发生改变，也是反立方尖晶石型。

图4 Fe3O4（a）、C1（b）和 C2（c）的红外表征

图5 纯 Fe3O4（a）和 C1（b）、C2（c）的 XRD 图

2.3 磁性能分析

图6（a）为C1F的水溶液，溶液为橙红色并均匀分布，说明橙红色的量子点已经连接在Fe3O4纳米粒子表面。图6（b）通过将装有C1F溶液的试管放在磁架上，直观地观察到磁性荧光颗粒移动到有磁性的一侧，说明所合成的复合微粒具有磁响应性。C2F水溶液在有、无磁场下的摄影图像同C1F所示。图7为振动样品磁强计（VSM）测得的 Fe3O4（a）、C1F（b）和 C2F（c）磁性荧光双功能材料的磁化曲线图。三者的饱和磁化强度分别为 55.84、15.44、8.97 emu·g-1，表明磁性能有逐渐减弱的现象，这与Fe3O4表面修饰剂的增加有关。说明C1F和C2F均已成功制得。

2.4 透射电镜（TEM）分析

图8为所制备的磁性荧光复合颗粒C1F（a）和C2F（b）的透射电镜分析图。从图8中可以看出，磁性荧光纳米材料C1F和C2F是一种负载型纳米复合物。两种复合材料都为近球形，且平均直径都在50 nm左右。并且从图8中可以直观地观察到C2F比C1F连接的量子点多。

2.5 荧光显微镜表征

通过荧光显微镜对CdSe量子点以及两种磁性荧光双功能材料进行拍照表征。紫外蓝光为激发滤板，通过300～450 nm范围内的光，放大倍数为200倍。图9（a）表明所制备的CdSe量子点具有良好的发光性能。图9（b）和（c）分别为两种磁性荧光复合物的荧光显微镜分析图，均显示出了荧光性能，说明量子点包裹成功。其中C2F荧光性能明显优于C1F的荧光性能。

2.6 荧光发射光谱

从图10可知，当激发波长设置为420 nm时，CdSe量子点与磁性粒子复合前后的荧光发射光谱均呈对称分布且半峰宽较窄。CdSeQDs溶液的最大发射峰在568 nm处，与磁性粒子连接后，荧光波峰发生红移，且连接Tris之后偏移的更大。产生偏移的原因是磁性纳米粒子表面的CdSe QDs粒子间偶极与偶极的相互作用增大，导致斯托克斯位移增大[19]。从图中可以看出，用Tris修饰后制备的荧光磁性双功能材料的荧光性明显高于未经Tris修饰的磁性双功能材料的荧光性，这与图8表现的荧光强度一致。

图6 C1F水溶液在无磁场（a）和有磁场（b）下的摄影图像

图7 Fe3O4（a）、C1F（b）、C2F（c）的磁滞回归线图

图8 复合材料 C1F（a）、C2F（b）纳米颗粒的 TEM 图

图9 CdSe 量子点（a）以及复合材料 C1F（b）、C2F（c）的荧光显微镜图

图10 CdSe QDs（a）；C1F（b）；C2F（c）的荧光分光光度强度图

3 结语

该实验成功制备出Fe3O4/Alendronate@CdSe和Fe3O4/Alendronate/Tris@CdSe两种复合材料，并通过红外、XRD、VSM、透射电镜、荧光显微镜以及荧光分光光度计等对这两种双功能纳米粒子进行性能表征。实验证明Fe3O4/Alendronate@CdSe和Fe3O4/Alendronate/Tris@CdSe颗粒同时具备超顺磁性和荧光性能，且Tris改性后的复合纳米粒子的荧光强度明显增强。这种荧光性能优异的磁性荧光纳米复合材料有望在生物医学领域广泛应用。

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责任编辑：李文杰

Influence of Tris on bifunctional fluorescent magnetic Fe3O4/Alendronate@CdSe

WENG Ting， WANG Shengnan，LIU Yongjian*， LIU Min
（School of Chemistry，Biology and Materials Engineering，SUST，Suzhou 215009，China；Jiangsu Key Laboratory of Environmental Functional Materials，Suzhou 215009，China）

Fe3O4magnetic nanoparticles were prepared by chemical coprecipitation method,and the Fe3O4/Alendronate composite microspheres with good dispersion and uniform particle size were obtained by modified Alendronate on Fe3O4.Semiconductor CdSe quantum dots were prepared and modified with 3-mercaptopropionic acid.The Fe3O4/Alendronate composite microspheres were connected with the modified CdSe quantum dots,and the bifunctional Fe3O4/Alendronate@CdSe was obtained.The Fe3O4/Alendronate composite microspheres were connected with the modified CdSe quantum dots,and the bifunctional materials of the core-shell structure Fe3O4/Alendronate@CdSe were obtained.The experimental results show that the two kinds of composites have good magnetic and fluorescent properties.Moreover,the fluorescent properties of the bifunctional materials modified by Tris are superior.The Fe3O4/Alendronate/Tris@CdSe composites are expected to be widely used in the field of life science,such as drug separation,visualization,targeted therapy and so on.

magnetic nanoparticles；Alendronate；Tris；quantum dots；bifunctional material

TQ174

A

2096－3289（2017）04－0031－06

2016－12－01

国家自然科学基金资助项目（51103120）

翁 婷（1991-），女，江苏泰州人，硕士研究生，研究方向：材料化学及应用。

*通信作者：刘勇健（1954-），男，博士，教授，硕士生导师，E-mail：hxx@mail.usts.edu.cn。