蔣　武，楊　曼，潘志權(quán)，周　紅

(武漢工程大學(xué)化學(xué)與環(huán)境工程學(xué)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(quán)，周紅

(武漢工程大學(xué)化學(xué)與環(huán)境工程學(xué)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(guò)偶聯(lián)反應(yīng)將3-氯丙基三乙氧基硅烷(ACTES)與二乙烯三胺(DETA)的反應(yīng)產(chǎn)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(duì)其進(jìn)行了表征，并用改進(jìn)的四氮唑藍(lán)法對(duì)其SOD活性進(jìn)行了測(cè)定。結(jié)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(guān)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(shí)驗(yàn)

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(wú)水乙醇、無(wú)水甲苯、碳酸鉀、 EDTA、甲硫氨酸(MET)、核黃素、過(guò)氧化氫、Na2HPO4·12H2O，NaH2PO4·2H2O、Mn(OAc)2·4H2O,均為分析純，國(guó)藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司;四氮唑藍(lán)(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(guó)Netzsch 公司;UV-2450型紫外可見(jiàn)分光光度計(jì)，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(wú)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(wú)水乙醇溶液(4 mL TEOS+50 mL無(wú)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(chēng)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(wú)水K2CO3(馬弗爐干燥)回流24 h，停止反應(yīng)。離心分離，取濾液，即得ACTES/DETA。

1.2.3SiO2/ACTES/DETA的合成

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

1.2.5SOD活性測(cè)定

SOD活性采用改進(jìn)的四氮唑藍(lán)法測(cè)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(cè)試樣)至總體積為8 mL。向體系通入空氣5 min后，560 nm下測(cè)定溶液的吸光度A′，光照10 min后，再測(cè)定其吸光度A。樣品的SOD活性以對(duì)四氮唑藍(lán)還原反應(yīng)的抑制率(η)來(lái)表征，抑制率按下式計(jì)算：

η=[(△A空-△A)/△A空]×100%

式中：△A=A-A′；△A空=A空-A空′。

2結(jié)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(dòng)吸收峰，說(shuō)明3個(gè)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(dòng)，說(shuō)明ACTES/DETA、SiO2/ACTES/DETA這兩個(gè)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(tuán)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(zhì)量損失是納米顆粒表面吸附水的流失造成的，200～600 ℃的質(zhì)量損失是硅球以共價(jià)鍵相連的有機(jī)基團(tuán)分解及Si-OH分子間失水造成的。分析產(chǎn)物各步的質(zhì)量損失數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)兩個(gè)樣品質(zhì)量損失相差為20.36%，可歸屬于有機(jī)物質(zhì)量損失，說(shuō)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(cè)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(jié)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(duì)產(chǎn)物中各元素的含量進(jìn)行測(cè)定，結(jié)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(zhì)量分?jǐn)?shù)，下同)，氮含量為4.19%，進(jìn)一步說(shuō)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(jiàn)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(lán)還原反應(yīng)50%的濃度(IC50)為一個(gè)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(jié)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(cè)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(cè)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(yīng)用價(jià)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(lèi)號(hào)：Q 554

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1672-5425(2015)05-0026-03

doi：10.3969/j.issn.1672-5425.2015.05.006

通訊作者：

作者簡(jiǎn)介：蔣武(1989-)，男，湖北武漢人，碩士研究生，研究方向：生物無(wú)機(jī)化學(xué)；周紅，教授，博士生導(dǎo)師，E-mail:hzhouh@126.com。

收稿日期：2015-01-21

基金項(xiàng)目：國(guó)家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目(21171135)