含錳的功能基包覆二氧化硅納米顆粒的制備及SOD活性研究

蔣　武，楊　曼，潘志權，周　紅

(武漢工程大學化學與環(huán)境工程學院，湖北 武漢 430073)

含錳的功能基包覆二氧化硅納米顆粒的制備及SOD活性研究

蔣武，楊曼，潘志權，周紅

(武漢工程大學化學與環(huán)境工程學院，湖北 武漢 430073)

摘要：采用St?ber方法制備了二氧化硅納米顆粒(硅球)。通過偶聯(lián)反應將3-氯丙基三乙氧基硅烷(ACTES)與二乙烯三胺(DETA)的反應產物接枝在硅球上，形成含功能基的硅球，再和錳離子配位得到一種含錳及二乙烯三胺修飾的功能基二氧化硅納米顆粒。用FTIR、TGA、SEM和EDS對其進行了表征，并用改進的四氮唑藍法對其SOD活性進行了測定。結果表明，該納米顆粒具有較高的SOD活性，其活性單位為IC50=0.026 g·L-1。

關鍵詞：二氧化硅納米顆粒；功能基；SOD活性

圖1　納米顆粒的合成路線Fig.1　Synthetic route of nanoparticles

1實驗

1.1　試劑與儀器

四乙氧基硅烷(TEOS)、二乙烯三胺(DETA)、3-氯丙基三乙氧基硅烷(ACTES)、濃氨水、無水乙醇、無水甲苯、碳酸鉀、 EDTA、甲硫氨酸(MET)、核黃素、過氧化氫、Na2HPO4·12H2O，NaH2PO4·2H2O、Mn(OAc)2·4H2O,均為分析純，國藥集團化學試劑有限公司;四氮唑藍(NBT),阿爾法埃莎公司。

JSM-5510LV型掃描電鏡，日本JEOL公司;TG-209型熱重分析儀，德國Netzsch 公司;UV-2450型紫外可見分光光度計，日本島津公司。

1.2　方法

1.2.1納米二氧化硅的制備

在250 mL單口燒瓶中加入50 mL無水乙醇、5 mL濃氨水，30 ℃下磁子攪拌30 min 后，以5 s/滴的速度向燒瓶中滴加 TEOS的無水乙醇溶液(4 mL TEOS+50 mL無水乙醇)，30 ℃下磁子攪拌24 h后，離心，取沉淀洗滌至pH值約為7，真空干燥得納米SiO2。

1.2.2ACTES/DETA的合成

稱取DETA1.03 g(10 mmol)于三口燒瓶中，加入100 mL干燥甲苯，裝上分水器和回流管，加熱至回流，將水帶出，再加入1.98 g(10 mmol)ACTES回流30 min，加入2.76 g(10 mmol)無水K2CO3(馬弗爐干燥)回流24 h，停止反應。離心分離，取濾液，即得ACTES/DETA。

1.2.3SiO2/ACTES/DETA的合成

稱取0.5026 g 納米SiO2于250 mL三口燒瓶中，加入50 mL干燥甲苯，超聲分散，加入上述ACTES/DETA濾液，在氬氣氛圍下回流24 h后，離心分離，用無水乙醇洗滌沉淀3次，真空干燥，即得SiO2/ACTES/DETA。

1.2.4SiO2/ACTES/DETA/Mn的合成

稱取0.2 g上述固體顆粒于100 mL單口燒瓶中，加入30 mL無水乙醇，超聲10 min使之分散均勻，稱取0.2 g Mn(OAc)2·4H2O溶于10 mL無水乙醇，并用恒壓滴液漏斗逐滴加入反應體系中。24 h后停止反應，離心分離，真空干燥,即得SiO2/ACTES/DETA/Mn。

1.2.5SOD活性測定

SOD活性采用改進的四氮唑藍法測定[10-12]：在10 mL小燒杯中，加入1 mL核黃素、1 mL NBT、4.99 mL MET溶液、0.01 mL EDTA溶液，再加入1 mL PBS溶液(空白樣)或1 mL含一定量催化劑的PBS溶液(測試樣)至總體積為8 mL。向體系通入空氣5 min后，560 nm下測定溶液的吸光度A′，光照10 min后，再測定其吸光度A。樣品的SOD活性以對四氮唑藍還原反應的抑制率(η)來表征，抑制率按下式計算：

η=[(△A空-△A)/△A空]×100%

式中：△A=A-A′；△A空=A空-A空′。

2結果與討論

2.1　紅外分析

SiO2、ACTES/DETA、SiO2/ACTES/DETA的紅外光譜如圖2所示。

圖2　SiO2(a)、ACTES/DETA(b)、SiO2/ACTES/DETA(c)的紅外光譜Fig.2　FTIR Spectra of SiO2(a)，ACTES/DETA(b)，SiO2/ACTES/DETA(c)

由圖2可知，3條曲線中均含有1 105 cm-1附近的峰，歸屬為Si-O-Si的振動吸收峰，說明3個樣品中均含Si-O鍵。2 930 cm-1及2 940 cm-1附近的峰(b、c曲線)歸屬于C-H伸縮振動，說明ACTES/DETA、SiO2/ACTES/DETA這兩個樣品中均含有C-H鍵。由于樣品SiO2/ACTES/DETA與樣品ACTES/DETA中所含基團基本相同，故兩者紅外吸收光譜相似。

2.2　熱重分析

SiO2及SiO2/ACTES/DETA的熱重分析曲線如圖3所示。

由圖3可知，低于200 ℃的質量損失是納米顆粒表面吸附水的流失造成的，200～600 ℃的質量損失是硅球以共價鍵相連的有機基團分解及Si-OH分子間失水造成的。分析產物各步的質量損失數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)兩個樣品質量損失相差為20.36%，可歸屬于有機物質量損失，說明二乙烯三胺已成功接枝于硅球上。

2.3　SEM分析(圖4)

由圖4可看出，各顆粒都是單一分散均勻的球型，

圖3　SiO2(a)、SiO2/ACTES/DETA(b)的熱重分析曲線Fig.3　TGA Curves of SiO2(a)，SiO2/ACTES/DETA(b)

圖4　SiO2(a)、SiO2/ACTES/DETA(b)的SEM照片F(xiàn)ig.4　SEM Images of SiO2(a)，SiO2/ACTES/DETA(b)

用粒度分析儀測得SiO2納米顆粒的平均粒徑為487 nm、SiO2/ACTES/DETA平均粒徑為502 nm，接枝功能基后硅球的平均粒徑增加了15 nm，表面有凸起，與熱重分析結果一致，證明功能基成功接枝到硅球表面。

2.4　X-射線能譜分析

用X-射線能譜儀(EDS)對產物中各元素的含量進行測定，結果如圖5所示。

圖5　SiO2/ACTES/DETA的EDS圖譜Fig.5　EDS of SiO2/ACTES/DETA

由圖5可知，Mn含量為0.61%(質量分數(shù)，下同)，氮含量為4.19%，進一步說明二乙烯三胺已成功接枝于硅球表面。

2.5　SOD活性分析

抑制率隨SiO2/ACTES/DETA/Mn濃度的變化曲線見圖6。

圖6　不同SiO2/ACTES/DETA/Mn濃度下的抑制率Fig.6　Inhibition rate under different concentrations of SiO2/ACTES/DETA/Mn

以抑制四氮唑藍還原反應50%的濃度(IC50)為一個SOD活性單位。由圖6可知，SiO2/ACTES/DETA/Mn的SOD活性單位IC50為0.026 g·L-1，表明該納米顆粒具有較高的SOD活性。

3結論

以3-氯丙基三乙氧基硅烷為偶聯(lián)劑，制備了含錳的二乙烯三胺修飾的二氧化硅納米顆粒。FTIR、TGA、SEM及EDS測試表明：二乙烯三胺及錳離子成功接枝于二氧化硅納米顆粒上。SOD活性測試表明：含錳的二乙烯三胺修飾的二氧化硅納米顆粒具備較高的SOD活性。由于硅球具有很好的生物相容性，可為合成有潛在應用價值的SOD模擬物提供參考。

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Preparation and SOD Activity Study of Mn(Ⅱ)-Containing Functional Groups Coated Silica Nanoparticles

JIANG Wu,YANG Man,PAN Zhi-quan,ZHOU Hong

(CollegeofChemistryandEnvironmentalEngineering,Wuhan

InstituteofTechnology,Wuhan430073,China)

Abstract：Silica nanoparticles were prepared by St?ber method.The reaction product derived from the reaction between 3-chloropropyl(triethoxysilane)(ACTES) and diethylenetriamine(DETA) was loaded on surface of the silica through coupling reaction to form functionalized silica nanoparticles.Mn(Ⅱ)-Containing DETA modified silica nanoparticles were obtained by the coordination interaction of Mn(Ⅱ) and the functionalized silica nanoparticles.The product was characterized by FTIR,TGA,SEM and EDS.The SOD activity of the product was investigated by modified tetrazole method.The results showed that the nanoparticles exhibited high SOD activity and the activity unit was IC50=0.026 g·L-1.

Keywords：silica nanoparticles;functional groups;SOD activity

中圖分類號：Q 554

文獻標識碼：A

文章編號：1672-5425(2015)05-0026-03

doi：10.3969/j.issn.1672-5425.2015.05.006

通訊作者：

作者簡介：蔣武(1989-)，男，湖北武漢人，碩士研究生，研究方向：生物無機化學；周紅，教授，博士生導師，E-mail:hzhouh@126.com。

收稿日期：2015-01-21

基金項目：國家自然科學基金資助項目(21171135)