一种表面蛋白质修饰的二氧化硅纳米粒子的制备方法与流程

本发明涉及一种二氧化硅纳米粒子，尤其涉及一种表面蛋白质修饰的二氧化硅纳米粒子的制备方法。

背景技术：

1、纳米二氧化硅为重要的纳米材料之一，具有表面羟基含量高，散性好，比表面积大，导热性好等特点，是目前世界上大规模工业化生产的产量最高的一种纳米粉体材料，广泛应用于高分子复合材料、电子封装材料、塑料充填剂、橡胶补强剂、绝缘绝热填充剂、催化剂载体、药物载体、化妆品及抗菌材料等领域。

2、纳米二氧化硅粒子由于粒径小，表面能高而极易发生团聚，直接使用往往难以达到真正意义上的纳米级均匀分散，从而影响使用效果。故需要先对其进行表面改性，提高其分散性及与配合使用材料之间的相容性，才能真正实现与配合材料共混使用时的良好分散及稳定结合。纳米粒子表面改性的方法种类很多，例如醇酯化法、偶联剂法、表面活性剂法、接枝聚合法和高能法等。

3、另外，自1969年science公开了一种通过共价结合实现酶在玻璃基板上的固定化方法后，生物活性物质的固定化引起了科学届的广泛关注。本发明旨在提供一种生物活性物质改性的二氧化硅纳米粒子，一方面具有优异的分散性，另一方面实现生物活性物质的固定化，该产品在生物催化、药物载体、药物递送、靶向识别等领域都具有非常广泛的应用。

技术实现思路

1、为了解决以上技术问题，本发明提出一种表面蛋白质修饰的二氧化硅纳米粒子的制备方法。该方法利用巯基与二硫键的二硫交换点击反应，实现高效、稳定的表面接枝蛋白质的二氧化硅纳米粒子的制备，所制得的纳米二氧化硅不仅分散性性好，而且蛋白质缀合率高，生物相容性、生物催化性方面都具有显著优势。

2、为实现上述目的，本发明所采用的技术方案如下：

3、一种表面蛋白质修饰的二氧化硅纳米粒子的制备方法，包括以下步骤：

4、1)表面巯基改性

5、将二氧化硅纳米粒子分散于有机溶剂中，加入含巯基的硅烷偶联剂和催化剂，惰性氛围、80～120℃下恒温回流反应8～48h；反应结束后分离固体、洗涤、提纯、干燥后获得表面巯基改性的二氧化硅纳米粒子；

6、2)二硫化封端

7、将表面巯基改性的二氧化硅纳米粒子分散于有机溶剂中，缓慢加入二硫化试剂，惰性氛围、冰浴条件下反应4～24h；反应结束后分离固体、洗涤、提纯、干燥后获得二硫化封端的二氧化硅纳米粒子；

8、3)蛋白质接枝改性

9、将二硫化封端的二氧化硅纳米粒子分散在水中，加入蛋白质的水溶液，惰性氛围、冰浴条件下反应4～24h；产物经透析、冷冻干燥得到表面蛋白质修饰的二氧化硅纳米粒子。

10、二氧化硅纳米粒子巯基改性后，可以与二硫化试剂是快速发生点击交换反应，生成包含二硫吡啶基的二氧化硅纳米粒子，并释放吡啶硫酮小分子。然后，包含二硫吡啶基的二氧化硅纳米粒子可以与蛋白质中的巯基快速发生点击交换反应，使蛋白质偶联接枝到二氧化硅纳米粒子上，同时释放吡啶硫酮小分子。根据上述点击交换反应的反应机理，通过测试最终反应液中吡啶硫酮小分子的含量，可简单计算得知蛋白质缀合率。

11、作为一项优选地实施方案，步骤1)中，含巯基的硅烷偶联剂的用量为二氧化硅纳米粒子质量的0.2～1倍；

12、优选地，所述含巯基的硅烷偶联剂选自(3-巯基丙基)三甲氧基硅烷，γ-巯丙基三乙氧基硅烷中的至少一种。

13、作为一项优选地实施方案，步骤1)中，所述催化剂的用量为二氧化硅纳米粒子质量的0.01～0.05倍；

14、优选地，所述催化剂选自苯胺、苯甲胺、三乙胺、吡啶、二甲基吡啶中的至少一种。

15、作为一项优选地实施方案，步骤1)中，所述二氧化硅纳米粒子的粒径为50～500nm，优选粒径100～300nm。

16、作为一项优选地实施方案，步骤2)中，所述二硫化试剂的用量为表面巯基改性的二氧化硅纳米粒子质量的0.05～0.20倍；

17、优选地，所述二硫化试剂选自4,4'-二吡啶基二硫、双(4-吡啶甲基)二硫化物、2,2'-二硫二吡啶、3-(2-吡啶基二硫代)丙酸、n-羟基琥珀酰亚胺酯中的至少一种。

18、作为一项优选地实施方案，步骤3)中，所述蛋白质的用量为二硫化封端的二氧化硅纳米粒子质量的0.05～0.1倍；

19、优选地，所述蛋白质为卵清蛋白、牛血清白蛋白、溶菌酶中的至少一种。

20、作为一项优选地实施方案，所述有机溶剂为甲苯、二甲苯、二氧六环、n,n-二甲基甲酰胺、二甲基亚砜中的至少一种。

21、作为一项优选地实施方案，步骤1)中，有机溶剂的用量为二氧化硅纳米粒子质量的10～40倍。

22、作为一项优选地实施方案，步骤2)中，有机溶剂的用量为表面巯基改性的二氧化硅纳米粒子质量的5～30倍。

23、本发明提供的实施方案中，所述惰性氛围由氩气、氮气中的至少一种。

24、本发明的有益效果在于：

25、(1)首次提出一种表面蛋白质修饰的二氧化硅纳米粒子的制备方法，所得产物具有高分散性、高生物相容性的优点；

26、(2)利用巯基与二硫键的二硫交换点击反应，实现高效、稳定的表面接枝蛋白质的二氧化硅纳米粒子的制备，所得产物蛋白缀合率高。

技术特征：

1.一种表面蛋白质修饰的二氧化硅纳米粒子的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的表面蛋白质修饰的二氧化硅纳米粒子的制备方法，其特征在于，步骤1)中，含巯基的硅烷偶联剂的用量为二氧化硅纳米粒子质量的0.2～1倍；

3.根据权利要求2所述的表面蛋白质修饰的二氧化硅纳米粒子的制备方法，其特征在于，步骤1)中，所述催化剂的用量为二氧化硅纳米粒子质量的0.01～0.05倍；

4.根据权利要求1～3任一项所述的表面蛋白质修饰的二氧化硅纳米粒子的制备方法，其特征在于，步骤2)中，所述二硫化试剂的用量为表面巯基改性的二氧化硅纳米粒子质量的0.05～0.20倍；

5.根据权利要求1～3任一项所述的表面蛋白质修饰的二氧化硅纳米粒子的制备方法，其特征在于，步骤3)中，所述蛋白质的用量为二硫化封端的二氧化硅纳米粒子质量的0.05～0.1倍；

6.根据权利要求1～3任一项所述的表面蛋白质修饰的二氧化硅纳米粒子的制备方法，其特征在于，所述有机溶剂为甲苯、二甲苯、二氧六环、n,n-二甲基甲酰胺、二甲基亚砜中的至少一种。

7.根据权利要求6所述的表面蛋白质修饰的二氧化硅纳米粒子的制备方法，其特征在于，步骤1)中，有机溶剂的用量为二氧化硅纳米粒子质量的10～40倍。

8.根据权利要求6所述的表面蛋白质修饰的二氧化硅纳米粒子的制备方法，其特征在于，步骤2)中，有机溶剂的用量为表面巯基改性的二氧化硅纳米粒子质量的5～30倍。

9.根据权利要求1～3任一项所述的表面蛋白质修饰的二氧化硅纳米粒子的制备方法，其特征在于，步骤1)中，所述二氧化硅纳米粒子的粒径为50～500nm，优选粒径100～300nm。

技术总结本发明公开了一种表面蛋白质修饰的二氧化硅纳米粒子的制备方法。该方法通过先对二氧化硅纳米粒子进行表面巯基改性，再与二硫化试剂反应，得到二硫化封端的二氧化硅纳米粒子，最后通过二硫键与蛋白质中的巯基反应生成表面蛋白质修饰的二氧化硅纳米粒子。该方法不仅提供了一种生物活性物质改性的二氧化硅纳米粒子，而且蛋白质缀合率高，在生物催化、药物载体、药物递送、靶向识别等领域局域更广泛的应用。该方法利用巯基与二硫键的二硫交换点击反应，实现高效、稳定的表面接枝蛋白质的二氧化硅纳米粒子的制备，所制得的纳米二氧化硅不仅分散性性好，而且蛋白质缀合率高，生物相容性、生物催化性方面都具有显著优势。技术研发人员：钟文,王海梅,程继业,金朝阳受保护的技术使用者：万华化学集团股份有限公司技术研发日：技术公布日：2024/6/13