含锰的功能基包覆二氧化硅纳米颗粒的制备及SOD活性研究

蒋　武，杨　曼，潘志权，周　红

(武汉工程大学化学与环境工程学院，湖北 武汉 430073)

含锰的功能基包覆二氧化硅纳米颗粒的制备及SOD活性研究

蒋武，杨曼，潘志权，周红

(武汉工程大学化学与环境工程学院，湖北 武汉 430073)

摘要：采用Stöber方法制备了二氧化硅纳米颗粒(硅球)。通过偶联反应将3-氯丙基三乙氧基硅烷(ACTES)与二乙烯三胺(DETA)的反应产物接枝在硅球上，形成含功能基的硅球，再和锰离子配位得到一种含锰及二乙烯三胺修饰的功能基二氧化硅纳米颗粒。用FTIR、TGA、SEM和EDS对其进行了表征，并用改进的四氮唑蓝法对其SOD活性进行了测定。结果表明，该纳米颗粒具有较高的SOD活性，其活性单位为IC50=0.026 g·L-1。

关键词：二氧化硅纳米颗粒；功能基；SOD活性

图1　纳米颗粒的合成路线Fig.1　Synthetic route of nanoparticles

1实验

1.1　试剂与仪器

四乙氧基硅烷(TEOS)、二乙烯三胺(DETA)、3-氯丙基三乙氧基硅烷(ACTES)、浓氨水、无水乙醇、无水甲苯、碳酸钾、 EDTA、甲硫氨酸(MET)、核黄素、过氧化氢、Na2HPO4·12H2O，NaH2PO4·2H2O、Mn(OAc)2·4H2O,均为分析纯，国药集团化学试剂有限公司;四氮唑蓝(NBT),阿尔法埃莎公司。

JSM-5510LV型扫描电镜，日本JEOL公司;TG-209型热重分析仪，德国Netzsch 公司;UV-2450型紫外可见分光光度计，日本岛津公司。

1.2　方法

1.2.1纳米二氧化硅的制备

在250 mL单口烧瓶中加入50 mL无水乙醇、5 mL浓氨水，30 ℃下磁子搅拌30 min 后，以5 s/滴的速度向烧瓶中滴加 TEOS的无水乙醇溶液(4 mL TEOS+50 mL无水乙醇)，30 ℃下磁子搅拌24 h后，离心，取沉淀洗涤至pH值约为7，真空干燥得纳米SiO2。

1.2.2ACTES/DETA的合成

称取DETA1.03 g(10 mmol)于三口烧瓶中，加入100 mL干燥甲苯，装上分水器和回流管，加热至回流，将水带出，再加入1.98 g(10 mmol)ACTES回流30 min，加入2.76 g(10 mmol)无水K2CO3(马弗炉干燥)回流24 h，停止反应。离心分离，取滤液，即得ACTES/DETA。

1.2.3SiO2/ACTES/DETA的合成

称取0.5026 g 纳米SiO2于250 mL三口烧瓶中，加入50 mL干燥甲苯，超声分散，加入上述ACTES/DETA滤液，在氩气氛围下回流24 h后，离心分离，用无水乙醇洗涤沉淀3次，真空干燥，即得SiO2/ACTES/DETA。

1.2.4SiO2/ACTES/DETA/Mn的合成

称取0.2 g上述固体颗粒于100 mL单口烧瓶中，加入30 mL无水乙醇，超声10 min使之分散均匀，称取0.2 g Mn(OAc)2·4H2O溶于10 mL无水乙醇，并用恒压滴液漏斗逐滴加入反应体系中。24 h后停止反应，离心分离，真空干燥,即得SiO2/ACTES/DETA/Mn。

1.2.5SOD活性测定

SOD活性采用改进的四氮唑蓝法测定[10-12]：在10 mL小烧杯中，加入1 mL核黄素、1 mL NBT、4.99 mL MET溶液、0.01 mL EDTA溶液，再加入1 mL PBS溶液(空白样)或1 mL含一定量催化剂的PBS溶液(测试样)至总体积为8 mL。向体系通入空气5 min后，560 nm下测定溶液的吸光度A′，光照10 min后，再测定其吸光度A。样品的SOD活性以对四氮唑蓝还原反应的抑制率(η)来表征，抑制率按下式计算：

η=[(△A空-△A)/△A空]×100%

式中：△A=A-A′；△A空=A空-A空′。

2结果与讨论

2.1　红外分析

SiO2、ACTES/DETA、SiO2/ACTES/DETA的红外光谱如图2所示。

图2　SiO2(a)、ACTES/DETA(b)、SiO2/ACTES/DETA(c)的红外光谱Fig.2　FTIR Spectra of SiO2(a)，ACTES/DETA(b)，SiO2/ACTES/DETA(c)

由图2可知，3条曲线中均含有1 105 cm-1附近的峰，归属为Si-O-Si的振动吸收峰，说明3个样品中均含Si-O键。2 930 cm-1及2 940 cm-1附近的峰(b、c曲线)归属于C-H伸缩振动，说明ACTES/DETA、SiO2/ACTES/DETA这两个样品中均含有C-H键。由于样品SiO2/ACTES/DETA与样品ACTES/DETA中所含基团基本相同，故两者红外吸收光谱相似。

2.2　热重分析

SiO2及SiO2/ACTES/DETA的热重分析曲线如图3所示。

由图3可知，低于200 ℃的质量损失是纳米颗粒表面吸附水的流失造成的，200～600 ℃的质量损失是硅球以共价键相连的有机基团分解及Si-OH分子间失水造成的。分析产物各步的质量损失数据发现两个样品质量损失相差为20.36%，可归属于有机物质量损失，说明二乙烯三胺已成功接枝于硅球上。

2.3　SEM分析(图4)

由图4可看出，各颗粒都是单一分散均匀的球型，

图3　SiO2(a)、SiO2/ACTES/DETA(b)的热重分析曲线Fig.3　TGA Curves of SiO2(a)，SiO2/ACTES/DETA(b)

图4　SiO2(a)、SiO2/ACTES/DETA(b)的SEM照片Fig.4　SEM Images of SiO2(a)，SiO2/ACTES/DETA(b)

用粒度分析仪测得SiO2纳米颗粒的平均粒径为487 nm、SiO2/ACTES/DETA平均粒径为502 nm，接枝功能基后硅球的平均粒径增加了15 nm，表面有凸起，与热重分析结果一致，证明功能基成功接枝到硅球表面。

2.4　X-射线能谱分析

用X-射线能谱仪(EDS)对产物中各元素的含量进行测定，结果如图5所示。

图5　SiO2/ACTES/DETA的EDS图谱Fig.5　EDS of SiO2/ACTES/DETA

由图5可知，Mn含量为0.61%(质量分数，下同)，氮含量为4.19%，进一步说明二乙烯三胺已成功接枝于硅球表面。

2.5　SOD活性分析

抑制率随SiO2/ACTES/DETA/Mn浓度的变化曲线见图6。

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

以抑制四氮唑蓝还原反应50%的浓度(IC50)为一个SOD活性单位。由图6可知，SiO2/ACTES/DETA/Mn的SOD活性单位IC50为0.026 g·L-1，表明该纳米颗粒具有较高的SOD活性。

3结论

以3-氯丙基三乙氧基硅烷为偶联剂，制备了含锰的二乙烯三胺修饰的二氧化硅纳米颗粒。FTIR、TGA、SEM及EDS测试表明：二乙烯三胺及锰离子成功接枝于二氧化硅纳米颗粒上。SOD活性测试表明：含锰的二乙烯三胺修饰的二氧化硅纳米颗粒具备较高的SOD活性。由于硅球具有很好的生物相容性，可为合成有潜在应用价值的SOD模拟物提供参考。

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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 Stöber 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

中图分类号：Q 554

文献标识码：A

文章编号：1672-5425(2015)05-0026-03

doi：10.3969/j.issn.1672-5425.2015.05.006

通讯作者：

作者简介：蒋武(1989-)，男，湖北武汉人，硕士研究生，研究方向：生物无机化学；周红，教授，博士生导师，E-mail:hzhouh@126.com。

收稿日期：2015-01-21

基金项目：国家自然科学基金资助项目(21171135)