李如強，高建平

（天津大學(xué)理學(xué)院化學(xué)系，天津300072）

硫化鉍（Bi2S3）是一種直接帶隙半導(dǎo)體材料，納米硫化鉍在熱電、光電、儲氫以及氣體傳感等方面有著廣泛的 應(yīng) 用 前 景［1－13］。Rabin 等［12］報 道 了 硫 化 鉍 作 為CT增強對比劑的研究，結(jié)果顯示，和常用的低分子碘對比劑相比，硫化鉍納米粒子的半衰期較長，避免了低分子量碘對比劑引起的腎臟排泄快和分布容積大等問題，為硫化鉍的研究開辟了新的方向［14］。但他們所用的硫化鉍納米粒子為片狀，尺寸較大，因而動力學(xué)阻力大，且容易引起生物分子的吸附和沉積。同時，這種片狀納米硫化鉍的生物相容性不好，需用PVP包裹以提高其生物相容性。因此，尋找粒度可控的硫化鉍納米粒子的制備方法相當(dāng)重要。

樹形聚合物是一類三維高度有序的新型高分子，可以在分子水平上嚴(yán)格設(shè)計和控制分子大小、形狀、結(jié)構(gòu)和功能基團，單分散性好。這些獨特的結(jié)構(gòu)特點使其成為理想的模板，廣泛應(yīng)用于納米科學(xué)、分子化學(xué)、生物技術(shù)、催化化學(xué)、界面化學(xué)等研究領(lǐng)域，并顯示出誘人 的 應(yīng) 用 前 景［15，16］。樹 形 聚 合 物 聚 酰 胺 － 胺（PAMAM）無毒，無免疫原性［17，18］，其突出的特點和優(yōu)勢是內(nèi)模板作用（內(nèi)部吸附／配位和容納），特別適合“接納”納米粒子［19］，此外，PAMAM 表面的終止基團可以被修飾以提高硫化鉍納米粒子的溶解性以及生物相容性，并可以作為納米粒子的分散穩(wěn)定劑［20］。樹形聚合物／金屬簇復(fù)合納米粒子、樹形聚合物／雙金屬納米粒子及樹形聚合物／半導(dǎo)體納米粒子已有報道［21－24］，然而以PAMAM為模板制備硫化鉍納米粒子還未見文獻報道。

作者以PAMAM為模板，成功制備了PAMAM／Bi2S3復(fù)合納米粒子，用紫外可見吸收光譜和高分辨透射電鏡對其進行了表征，并對復(fù)合納米粒子進行了細胞培養(yǎng)實驗以考察其生物相容性，擬為其應(yīng)用于CT造影劑等生物領(lǐng)域提供參考。

1 實驗

1．1 試劑與儀器

檸檬酸鉍銨（C6H8BiNO7，ABC），上海振欣試劑廠；硝酸鉍［Bi（NO3）3，BN］、硫化鈉（Na2S）、乙二胺（EDA）、丙烯酸甲酯，天津市化學(xué)試劑廠。所用試劑均為分析純。磷酸鹽緩沖溶液（PBS溶液）參照標(biāo)準(zhǔn)方法配制，不同代數(shù)（G0．5～6．0）的PAMAM 根據(jù)文獻［25］以乙二胺為初始反應(yīng)物通過連續(xù)的邁克爾加成反應(yīng)和酯交換反應(yīng)制備。

HANGPING FA2104型電子分析天平，上海精科天平公司；TU－1901型紫外分光光度計，北京普析通用儀器有限責(zé)任公司；TECNAI G2F20型場發(fā)射高分辨透射電鏡，荷蘭Philips公司。

1．2 方法

1．2．1 復(fù)合納米粒子的制備

攪拌下在6mL 0．3mmol·L－1（濃度根據(jù)需要進行調(diào)整）PAMAM 的水溶液中加入1．8mL 1mmol·L－1的 BN 水溶液，室溫下攪拌 24h，使得 Bi3＋與PAMAM充分絡(luò)合，然后緩慢滴加2．7mL 1mmol·L－1Na2S水溶液，繼續(xù)攪拌反應(yīng)1h，即得PAMAM／Bi2S3復(fù)合納米粒子。

1．2．2 復(fù)合納米粒子的表征

以相應(yīng)濃度的PAMAM水溶液作為參比，用紫外分光光度計測定PAMAM／Bi2S3復(fù)合納米粒子溶液（可根據(jù)需要稀釋一定倍數(shù)）的紫外可見吸收光譜。用高分辨透射電鏡觀察樣品形貌。

1．2．3 細胞培養(yǎng)實驗

將生長良好的成纖維細胞培養(yǎng)液稀釋到3×104個·mL－1。將已消毒的樣品溶液分別加入到48孔培養(yǎng)板中，每孔注入量為0．1mL，3個孔為1個樣品對照組，然后向放好樣品的孔中加入0．4mL細胞液和0．5mL新鮮的培養(yǎng)液（樣品濃度0．001mmol·L－1），蓋好蓋子放入CO2培養(yǎng)箱。第3d換培養(yǎng)液一次。分別在5h、1d、3d、5d、7d時用倒置相差顯微鏡觀察細胞生長貼附情況。

2 結(jié)果與討論

以PAMAM為模板制備Bi2S3納米粒子過程中，首先是Bi3＋與PAMAM之間的絡(luò)合，然后加入硫化物，生成PAMAM／Bi2S3復(fù)合納米粒子。

2．1 Bi 3＋ 與PAMAM 的絡(luò)合

以BN為鉍源，選用整代（氨端基）PAMAM和半代（酯端基）PAMAM來研究PAMAM端基性質(zhì)對Bi3＋絡(luò)合的影響。

實驗發(fā)現(xiàn)，向整代PAMAM水溶液中加入BN溶液時，無色透明溶液變成乳白色、半透明狀，放置一段時間后會有白色絮狀不溶物出現(xiàn)；而向半代PAMAM水溶液中加入BN溶液時得到透明溶液。表明整代（氨端基）PAMAM 不利于與Bi3＋的絡(luò)合，因此，選擇半代（酯端基）PAMAM為模板進行絡(luò)合。

測試G5．5PAMAM分別與ABC和BN溶液配制成的絡(luò)合溶液的紫外可見吸收光譜，結(jié)果如圖1所示。

圖1 PAMAM與ABC（a）和BN（b）絡(luò)合的紫外可見吸收光譜Fig．1 The UV－Vis absorption spectra of the complexes of PAMAM with ABC（a）and BN（b）

由圖1可知，ABC與G5．5PAMAM混合后吸收峰無明顯變化，而BN與G5．5PAMAM混合產(chǎn)生了新的吸收峰。表明BN可以與G5．5PAMAM絡(luò)合產(chǎn)生配體。因此，選擇BN作為鉍源。

2．2 復(fù)合納米粒子的制備條件

以半代PAMAM、BN、Na2S為原料，制備PAMAM／Bi2S3復(fù)合納米粒子，研究了反應(yīng)條件對產(chǎn)物的影響。結(jié)果表明，高溫和高濃度Na2S溶液不利于形成穩(wěn)定、分散性好的復(fù)合納米粒子溶液。因此，后續(xù)實驗選擇在室溫條件下，以1mmol·L－1Na2S溶液進行。

以不同代數(shù)的PAMAM為模板制備PAMAM／Bi2S3復(fù)合納米粒子，并用高分辨透射電鏡（HRTEM）進行表征。結(jié)果表明，G3．5PAMAM／Bi2S3、G4．5 PAMAM／Bi2S3、G5．5PAMAM／Bi2S3的平均粒徑分別為3．7nm、3．0nm、2．5nm。當(dāng)增大反應(yīng)物配比（PAMAM 與Bi3＋的物質(zhì)的量比）時，產(chǎn)物粒徑變大。因此，通過改變實驗條件可控制納米粒子的尺寸。

G5．5PAMAM／Bi2S3的光學(xué)照片、TEM 照片和EDS能譜見圖2。

2．3 細胞培養(yǎng)實驗結(jié)果

培養(yǎng)7d的細胞和對照的光學(xué)照片見圖3。

由圖3可知，細胞培養(yǎng)5h時開始貼壁，并有部分生長出偽足，開始變形；1d后的對照組細胞幾乎全部貼壁，生長形態(tài)良好，樣品組細胞也開始伸展，但長勢有所不同；3d時細胞數(shù)目明顯增加，形態(tài)良好，細胞密度很大；7d時，細胞生長情況和5d時相似。圖中黑點為沒有貼壁已經(jīng)固縮死亡的成纖維細胞，可能是后期營養(yǎng)不足所致。表明，G5．5PAMAM／Bi2S3復(fù)合納米粒子對細胞無明顯毒性，故可以安全用于CT造影劑等生物醫(yī)療領(lǐng)域。

3 結(jié)論

通過改變實驗條件如PAMAM代數(shù)、反應(yīng)溫度、反應(yīng)物濃度、反應(yīng)物配比等制備了粒度可控的PAMAM／Bi2S3復(fù)合納米粒子，細胞培養(yǎng)實驗表明，G5．5 PAMAM／Bi2S3復(fù)合納米粒子無細胞毒性，可應(yīng)用于CT造影劑等生物領(lǐng)域。

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