一种基于聚乙烯亚胺合成荧光聚合物纳米粒的制备方法与流程

本发明属于纳米材料领域，具体涉及一种基于聚乙烯亚胺合成荧光聚合物纳米粒的制备方法。

背景技术：

聚乙烯亚胺（Polyethyleneimine，PEI）是一种水溶性的高密度阳离子高分子聚合物，无色或淡黄色黏稠状的液体，有吸湿性，溶于水、乙醇，不溶于苯。具有很好的水溶性、高阳离子性、高反应性及良好的基因转染性。现有技术中，利用聚乙烯亚胺合成的荧光纳米材料，其合成步骤复杂且常含有贵金属、重金属等，例如金、银、硫、镉、锌等，以致于制备的荧光纳米材料的相关合成基质昂贵、环保性差、生物相容性差。聚乙烯亚胺的分子结构式如下：

因此寻找一种更简单经济的合成方法并解决现有的材料中含有对生物体有毒有害的贵金属、重金属等成为了亟待解决的问题。目前，尚未有以聚乙烯亚胺合成荧光聚合物纳米粒的相关报道。

技术实现要素：

针对现有技术存在的荧光材料合成过程繁琐、成本高且环保性差等问题，本发明提供了一种基于聚乙烯亚胺合成荧光聚合物纳米粒的制备方法，该方法直接以聚乙烯亚胺为基体与抗坏血酸经酰基化反应一步合成制得荧光聚合物纳米粒。

本发明为了实现上述目的所采用的技术方案为：

本发明提供了一种基于聚乙烯亚胺合成荧光聚合物纳米粒的制备方法，包括以下步骤：

（1）将聚乙烯亚胺中加入超纯水，震荡混合均匀配置成A溶液；

（2）将抗坏血酸中加入超纯水，震荡混合均匀配置成B溶液；

（3）将A溶液和B溶液混合，然后加入超纯水，得混合溶液，将混合溶液震荡混合均匀后即得荧光聚合物纳米粒。

进一步的，步骤（1）中，所述A溶液中聚乙烯亚胺的浓度为0.3523g/mL 。

进一步的，步骤（2）中，所述B溶液中抗坏血酸的浓度为0.17615g/mL。

本发明所使用的聚乙烯亚胺的优选的重均分子量为600、1300、1800、2000、10000、25000、70000、750000。

本发明制备的荧光聚合物纳米粒，当聚乙烯亚胺的重均分子量为600、1300、1800、2000时，制备的荧光聚合物纳米粒为溶液；当聚乙烯亚胺的重均分子量为10000、25000、70000、750000，聚乙烯亚胺同抗坏血酸的质量比为6-8:1时，制备的荧光聚合物纳米粒为凝胶，小于于质量比6:1时，仍为荧光聚合物纳米粒溶液。

进一步的，步骤（3）中，所述混合溶液每500μL中含有100 μLB溶液，25~400μLA溶液，余量为超纯水。

本发明在荧光聚合物纳米粒溶液制备的整个操作过程均是在室温（20℃）下完成的。

本发明直接以聚乙烯亚胺为基体与抗坏血酸经酰基化反应一步合成制得，具有合成过程简单、无毒无害的优点。本发明制备荧光聚合物纳米粒过程中，当聚乙烯亚胺分子量大于10000时，可以直接制备具有荧光的聚合物纳米粒凝胶，不需加入其他凝胶化试剂。基于聚乙烯亚胺合成的荧光聚合物纳米粒具有优良的荧光特性和良好的稳定性，其表面具有大量的可供修饰的活性基团。

本发明的有益效果：

（1）本发明制备过程简单、经济、无毒无害，在制备荧光聚合物纳米粒过程中，可以根据分子量的不同，调节所需产物的状态，当聚乙烯亚胺分子量大于10000时，可以直接制备具有荧光的聚合物纳米粒凝胶，当聚乙烯亚胺分子量小于10000时则不产生凝胶化现象，得到具有荧光的聚合物纳米粒溶液。

（2）荧光性能优良，本发明获得的荧光聚合物纳米粒具有在350~370 nm波段强荧光发射的优良的光学性能，最大激发为360 nm，且水溶性良好。

（3）稳定性强，本发明制备的荧光聚合物纳米粒其荧光性能稳定性时间至少为两个月。

（4）本发明制备的荧光聚合物纳米粒无毒无害，且具有大量的可供修饰的活性基团，可用于显微成像，生物探针和识别等领域。

附图说明

图1是本发明基于分子量2000聚乙烯亚胺合成的荧光聚合物纳米粒溶液的透射电子显微镜的照片。

图2是本发明基于分子量2000聚乙烯亚胺合成的荧光聚合物纳米粒溶液的全波长。

图3是本发明基于分子量2000聚乙烯亚胺合成的荧光聚合物纳米粒溶液的荧光与紫外可见吸收光谱图及在日光灯和紫外灯下的颜色。

图4是本发明基于分子量2000聚乙烯亚胺合成的荧光聚合物纳米粒溶液的浓度与荧光强度的关系。

图5是本发明基于分子量2000聚乙烯亚胺合成的荧光聚合物纳米粒溶液和分子量2000的聚乙烯亚胺的红外光谱。

图6是本发明基于分子量2000聚乙烯亚胺合成的荧光聚合物纳米粒溶液，不同温度对其荧光强度的影响。

图7是本发明基于分子量2000聚乙烯亚胺合成的荧光聚合物纳米粒溶液的荧光强度随时间的变化。

图8是本发明在日光灯和紫外灯照射下基于不同分子量的聚乙烯亚胺合成的凝胶。M_PEI/M_AA具体为M₁₀₀₀₀（8:1）、M₂₅₀₀₀（8:1）、M₇₀₀₀₀（7:1、8:1）、M₇₅₀₀₀₀（6:1、7:1、8:1）。

具体实施方式：

以下是本发明的具体实施例并结合附图，对本发明的技术方案做进一步描述，但发明并不限于这些实施例。

实施例1

1.1称取0.7046 g聚乙烯亚胺（分子量600）于4 mL塑料离心管中，向其中加入2 mL超纯水，震荡混合均匀配置成A溶液；

1.2称取0.3523 g抗坏血酸于4 mL塑料离心管中，向其中加入2 mL超纯水，震荡混合均匀配置成B溶液；

1.3取B溶液100μL，向其中加入A溶液50μL，然后再加入350 μL超纯水，震荡混合均匀，即得荧光聚合物纳米粒溶液；

该实施例制备的荧光聚合物纳米粒的粒径为9.1 nm，需14d的时间达到稳定，稳定期至少为3个月。

实施例2

2.1称取0.7046 g聚乙烯亚胺（分子量1300）于4 mL塑料离心管中，向其中加入2 mL超纯水，震荡混合均匀配置成A溶液；

2.2称取0.3523 g抗坏血酸于4 mL塑料离心管中，向其中加入2 mL超纯水，震荡混合均匀配置成B溶液；

2.3取B溶液100μL，向其中加入A溶液100μL，然后再加入300 μL超纯水，震荡混合均匀，即得荧光聚合物纳米粒溶液；

该实施例制备的荧光聚合物纳米粒的粒径为9.2 nm，需13d的时间达到稳定，稳定期至少为3个月。

实施例3

3.1称取0.7046 g聚乙烯亚胺（分子量1800）于4 mL塑料离心管中，向其中加入2 mL超纯水，震荡混合均匀配置成A溶液；

3.2称取0.3523 g抗坏血酸于4 mL塑料离心管中，向其中加入2 mL超纯水，震荡混合均匀配置成B溶液；

3.3取B溶液100μL，向其中加入A溶液150μL，然后再加入250 μL超纯水，震荡混合均匀，即得荧光聚合物纳米粒溶液；

该实施例制备的荧光聚合物纳米粒的粒径为9.2 nm，需13d的时间达到稳定，稳定期至少为3个月。

实施例4

4.1称取0.7046 g聚乙烯亚胺（分子量2000）于4 mL塑料离心管中，向其中加入2 mL超纯水，震荡混合均匀配置成A溶液；

4.2称取0.3523 g抗坏血酸于4 mL塑料离心管中，向其中加入2 mL超纯水，震荡混合均匀配置成B溶液；

4.3取B溶液100μL，向其中加入A溶液200μL，然后再加入200 μL超纯水，震荡混合均匀，即得荧光聚合物纳米粒溶液；

该实施例制备的荧光聚合物纳米粒的粒径为9.1 nm，需14d的时间达到稳定，稳定期至少为3个月。

当聚乙烯亚胺分子量为600、1300、1800、2000，加入聚乙烯亚胺与抗坏血酸的质量比为0.5~8:1时，即可制备荧光聚合物纳米粒溶液。

将该实施例制备的荧光聚合物纳米粒用透射电镜（Tecnai G2 F20）进行表征，具体结果见图1，从图1中可以看出，制备的荧光聚合物纳米粒为球形，粒子半径为9.2 nm左右。

图2为荧光聚合物纳米粒的全波长。其激发波长在360 nm左右，发射波长在470 nm左右，吸收峰出现在270 nm。

利用荧光分光光度计（日立FL-7000）、紫外可见分光光度计（Cary 300 Bio）对荧光聚合物纳米粒进行检测，具体结果见图3，图3为荧光与紫外可见吸收光谱图及在日光灯和紫外灯下的颜色，从图3中的小插图可以看出，本发明获得的荧光聚合物纳米粒稀释液在日光灯下为浅黄色，在紫外灯下为蓝绿色。

荧光聚合物纳米粒的浓度在一定范围内与其荧光强度存在线性特性。从图4中可以看出，荧光聚合物纳米粒溶液的荧光强度线性范围为1~7μL/mL。本发明鉴于操作简便，在表征荧光聚合物纳米粒溶液的荧光特性时浓度为5μL/mL。

利用红外分光光度计（WQF-520A）对制备的荧光聚合物纳米粒进行检测，具体结果见图5，对于基于不同分子量的聚乙烯亚胺合成荧光聚合物纳米粒，其红外光谱图极为相似，只有峰的强弱不同之区。从图5中可以看出，分子量为2000的聚乙烯亚胺合成的荧光聚合物纳米粒的红外光谱图与分子量2000的聚乙烯亚胺的红外光谱图相比较，最大变化是在1650 cm^-1处出现了酰基的吸收峰，说明了聚乙烯亚胺的氨基和抗坏血酸的羧基酰基化，得到了荧光聚合物纳米粒。

实施例5

5.1称取0.7046 g聚乙烯亚胺（分子量10000）于4 mL塑料离心管中，向其中加入2 mL超纯水，震荡混合均匀配置成A溶液；

5.2称取0.3523 g抗坏血酸于4 mL塑料离心管中，向其中加入2 mL超纯水，震荡混合均匀配置成B溶液；

5.3取B溶液100μL，向其中加入A溶液400μL，震荡混合均匀，即得荧光聚合物纳米粒溶液；

该实施例制备的荧光聚合物纳米粒凝胶需15d的时间达到稳定，稳定期至少为3个月。

实施例6

6.1称取0.7046g聚乙烯亚胺（分子量25000）于4mL塑料离心管中，向其中加入2 mL超纯水，震荡混合均匀配置成A溶液；

6.2称取0.3523g抗坏血酸于4mL塑料离心管中，向其中加入2mL超纯水，震荡混合均匀配置成B溶液；

6.3取B溶液100 μL，向其中加入A溶液400 μL，震荡混合均匀，即得荧光聚合物纳米粒凝胶；

该实施例制备的荧光聚合物纳米粒凝胶需14d的时间达到稳定，稳定器至少为3个月。

实施例7

7.1称取0.7046 g聚乙烯亚胺（分子量70000）于4 mL塑料离心管中，向其中加入2 mL超纯水，震荡混合均匀配置成A溶液；

7.2称取0.3523 g抗坏血酸于4 mL塑料离心管中，向其中加入2 mL超纯水，震荡混合均匀配置成B溶液；

7.3取B溶液100μL，向其中加入A溶液350μL，然后再加入50μL超纯水，震荡混合均匀，即得荧光聚合物纳米粒凝胶；

该实施例制备的荧光聚合物纳米粒凝胶需15d的时间达到稳定，稳定期至少为3个月。

实施例8

8.1称取0.7046 g聚乙烯亚胺（分子量750000）于4 mL塑料离心管中，向其中加入2 mL超纯水，震荡混合均匀配置成A溶液；

8.2称取0.3523 g抗坏血酸于4 mL塑料离心管中，向其中加入2 mL超纯水，震荡混合均匀配置成B溶液；

8.3取B溶液100μL，向其中加入A溶液300μL，然后再加入100μL超纯水，震荡混合均匀，即得荧光聚合物纳米粒凝胶；

该实施例制备的荧光聚合物纳米粒凝胶需12d的时间达到稳定，稳定期至少为3个月。

当聚乙烯亚胺分子量为10000、25000、70000、750000时，M_PEI/M_AA为M₁₀₀₀₀（8:1）、M₂₅₀₀₀（8:1）、M₇₀₀₀₀（7:1、8:1）、M₇₅₀₀₀₀（6:1、7:1、8:1）时，即可制备出荧光聚合物纳米粒凝胶，而当M_PEI/M_AA低于上述比例时，仍制备出荧光聚合物纳米粒溶液。

效果试验

1、将制备完成且荧光性能处于稳定的基于分子量2000的聚乙烯亚胺合成的荧光聚合物纳米粒溶液，置于不同温度的水浴中30 min，分别测其荧光强度，具体结果见图6。从图6中可以看出，当在不同温度的水浴环境下加热相同的时间时，随着水浴温度升高，制备完成且荧光性能处于稳定的荧光聚合物纳米粒溶液的荧光强度将逐渐降低，表明本发明获得的荧光聚合物纳米粒不适合在较高的温度下应用。

2、稳定性试验：将实施例4制备的荧光聚合物纳米粒观察其荧光随时间的变化关系，具体结果见图7，从图7及图7插图中可以看出，其13d即可达到稳定，且稳定期长，可达3个月以上。

3、将不同分子量的聚乙烯亚胺加入一定量的抗坏血酸后制备的具有荧光的聚合物纳米粒凝胶在日光灯和紫外灯下照射，凝胶图像见图8，从图8中可以看出，制备的聚合物纳米粒凝胶荧光效应好。

虽已利用上述具体的实施方案对本发明进行了详细的描述，但应认识到，本领域的技术人员还可以进行各种的改进和改变，而且它们也应如权利要求书限定的本发明的范围之内。