CN105084424A - 一种核壳球状磁性介孔二氧化硅纳米复合材料的快速制备方法和应用 - Google Patents
一种核壳球状磁性介孔二氧化硅纳米复合材料的快速制备方法和应用 Download PDFInfo
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Abstract
本发明提供了一种核壳球状磁性介孔二氧化硅纳米复合材料的快速制备方法，本发明还提供了核壳球状磁性介孔二氧化硅纳米复合材料在肿瘤的诊断和治疗方面的应用，该制备方法采用碱水解法制备球状磁性铁氧体纳米粒子，以球状磁性铁氧体纳米粒子作为种子颗粒，利用水溶液中表面活性剂与无机硅源的自组装行为，在磁性铁氧体纳米粒子表面快速包覆一层具有介观结构的二氧化硅复合材料，即得到核壳球状磁性介孔二氧化硅纳米复合材料。该方法具备耗时极短，反应条件为纯水相的优点，可在短时间内制备大量的核壳球状磁性介孔二氧化硅纳米复合材料。
Description
技术领域
本发明涉及纳米复合材料与技术领域，具体的说涉及一种核壳球状磁性介孔二氧化硅纳米复合材料的快速制备方法。
背景技术
磁性纳米粒子因其具有较好的生物相容性、毒副作用小以及独特的磁学性质等优点，在磁共振成像、免疫检测、靶向药物载体和细胞及生物分子分离等生物医学领域具有良好的应用前景而备受人们青睐。同时，介孔氧化硅纳米材料因其具有高比表面积、高孔容、均一孔径、良好的生物相容性以及表面易于修饰等优点，成为基因治疗、药物输送以及医学成像等领域的理想载体。其中，核壳式磁性介孔二氧化硅(Fe3O4SiO2)纳米复合材料作为研究的焦点，具有良好的生物相容性及独特的磁性能，使其在医药、催化及化工等领域具有广阔的应用前景。因此，合成粒径均匀、化学性质稳定、以及分散性良好的磁性介孔二氧化硅复合纳米材料已成为纳米复合材料学领域的研究热点。
近年来，人们在磁性介孔二氧化硅复合纳米材料的合成和应用方面的研究取得了不少进展，但是仍然存在一些问题：核壳结构的磁性纳米粒子的尺寸均匀性难以控制，不易达到适用于高分散性的纳米粒子的要求，特别是经过表面功能化后，粒子的形貌、尺寸均匀度、分散度难以控制；而且传统的磁性介孔二氧化硅复合纳米材料的合成时间均超过3小时，不易大量生产。因此，目前需要开发新的快速简便的磁性介孔二氧化硅复合纳米材料的合成方法。
不同于之前报道的耗时的磁性介孔二氧化硅复合纳米材料的合成方法，本发明所报道的合成方法中仅利用水作为溶剂，在极短时间内合成出磁性介孔二氧化硅复合纳米材料。具备原料易得，反应简单迅速，合成材料纯度高的特性，适合大规模生产，在吸附分离，催化和药物载体领域具有重要应用前景。同时，我们将核壳球状磁性介孔二氧化硅纳米复合材料担载化疗药物杀伤肿瘤，提高了化疗药物的治疗效果，降低了其毒副作用。
发明内容
本发明的目的在于提供一种核壳球状磁性介孔二氧化硅纳米复合材料的快速制备方法，以克服现有技术中的缺陷。该方法具备耗时极短，反应条件为纯水相的优点，可在短时间内制备大量的核壳球状磁性介孔二氧化硅纳米复合材料。
本发明还提供了核壳球状磁性介孔二氧化硅纳米复合材料在肿瘤的诊断和治疗方面的应用。
本发明的技术方案为：采用碱水解法制备球状磁性铁氧体纳米粒子，以球状磁性铁氧体纳米粒子作为种子颗粒，利用水溶液中表面活性剂与无机硅源的自组装行为，在磁性铁氧体纳米粒子表面快速包覆一层具有介观结构的二氧化硅复合材料，即得到核壳球状磁性介孔二氧化硅纳米复合材料。
其具体制备步骤如下：
1)、球状磁性铁氧体纳米粒子的制备：首先在反应容器A中加入二甘醇(DEG)溶液，后加入氢氧化钠(NaOH)，得到浓度为0.1g/mL氢氧化钠(NaOH)二甘醇溶液，在氮气保护下加热至80℃备用；在反应容器B中加入34mL二甘醇(DEG)溶液，以100～1000rpm速度搅拌加入0.576g(8mmol)聚丙烯酸(PAA)和0.13g(0.8mmol)三氯化铁(FeCl3)，在氮气的保护下搅拌加热至220℃继续搅拌30分钟，然后向反应容器B中加入1.9～5.7mL反应容器A中的氢氧化钠(NaOH)二甘醇溶液，搅拌反应1小时得反应产物，将反应产物磁吸分离、水洗、干燥，制得球状磁性铁氧体纳米粒子(Fe3O4)。
2)、核壳球状磁性介孔二氧化硅纳米复合材料的制备：将步骤1)制备得到的10mg球状磁性铁氧体纳米粒子(Fe3O4)分散在10ml去离子水中超声处理10分钟，然后加入100-500mg阳离子表面活性剂十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)，超声处理40分钟后加入0.1～1mL氨水，搅拌加热至40℃，最后缓慢滴加5-50μl正硅酸乙酯(TEOS),搅拌反应3分钟后制得反应产物；将反应产物磁吸分离、水洗、干燥，制备出核壳球状磁性介孔二氧化硅纳米复合材料，所述搅拌速度为100～1000rpm。
本发明制备的核壳球状磁性介孔二氧化硅纳米复合材料在肿瘤的诊断和治疗方面的应用：
1)、核壳球状磁性介孔二氧化硅纳米复合材料的表面功能化处理：将核壳球状磁性介孔二氧化硅纳米复合材料在反应溶剂中超声分散后，加入功能化有机硅源，搅拌均匀后加入去离子水、盐酸或者氨水；搅拌反应，将反应产物磁吸分离、水洗、干燥后得到表面功能化的核壳球状磁性介孔二氧化硅纳米复合材料；
所述的反应溶剂选自乙醇、乙二醇、异丙醇、甲苯中一种或大于一种以上；
所述的功能化有机硅源选自APS、APTS、AEAPS、APTES、GPTES、APDES、APTMS中一种或大于一种以上；
所述的搅拌反应温度为15～250℃，反应时间为1～96小时，搅拌速度为100～1000rpm。
2)、装载化疗药物：将步骤3)中经表面功能化处理的核壳球状磁性介孔二氧化硅纳米复合材料分散在0.1M～饱和浓度浓度的小分子抗肿瘤药物的溶液中，搅拌反应2～96小时，将反应产物磁吸分离、水洗、低温真空干燥后得到担载药物的核壳球状磁性介孔二氧化硅纳米复合材料。溶剂为水、甘油、DMSO和异丙醇中的一种或大于一种以上，低温干燥温度为-50℃～0℃。
所述的抗肿瘤小分子化学药物选自阿霉素、紫杉醇、多烯紫杉醇、硫酸长春新碱、氟脲嘧啶、甲氨蝶呤、米托蒽醌、环磷腺苷、环磷酰胺、硫酸培洛霉素、卡介、亚胺醌、盐酸阿柔比星、卡莫丝汀、替莫唑胺、洛莫司汀、卡莫氟、替加氟、放线菌素D、丝裂霉素、安吖啶、氨磷汀、顺铂、阿拉瑞林、氨鲁米特、盐酸氮芥、索拉非尼、尼洛替尼、达沙替尼中的一种或大于一种以上；或选择上述抗肿瘤药物的衍生物中一种或大于一种以上；或选自上述抗肿瘤药物与上述抗肿瘤药物的衍生物中一种或大于一种以上的混合物。
针对上述本发明的装载小分子化学药物核壳球状磁性介孔二氧化硅纳米复合材料，
进行如下鉴定和功能确认：
A.表征、性能鉴定：研究生理环境对新组装体系的尺寸、分散度和结构稳定性的影响，通过透射电镜，氮气吸附-脱附曲线，磁滞回线等方法表征其分子结构、磁学性质及其他理化性质。
B.体外载药和释药：取一定量的核壳球状磁性介孔二氧化硅纳米复合材料与含化疗药物的溶液混合,室温下搅拌24h，离心后收集上清液。通过紫外可见光吸收光谱法检测上清液中化疗药物的含量，计算载药率和包封率。体外释药：将复合材料分散于去离子水，装入的透析袋中，然后放入缓冲溶液中透析。缓冲液温度为25℃，pH值分别为4.2，5.6，6.5，7.4。每间隔2h取少量缓冲溶液进行紫外可见吸收光谱法测定，测定后再将取出的少量缓冲液倒回至释放体系。测定24h内不同时间点、不同pH值环境缓冲液吸光度值，计算释药率，绘制释药曲线。
C.体外抗肿瘤作用评价：处于对数生长期的肿瘤细胞或正常细胞按5000个细胞/孔分别接种于96孔板中，当细胞生长达到70％～80％融合时，分组如下：
(1)核壳球状磁性介孔二氧化硅纳米复合材料)组
(2)核壳球状磁性介孔二氧化硅纳米复合材料/化疗药物组
(3)化疗药物对照组
共3组，每组设6个浓度梯度6复孔。加药后各组继续与细胞共孵育24、48h后，SRB法测定细胞活性。比较肿瘤细胞和正常细胞的活性，探讨核壳球状磁性介孔二氧化硅纳米复合材料细胞水平***的有效性和安全性。
本发明具有以下优点和积极效果：
1.本发明首次在纯水相中合成出核壳球状磁性介孔二氧化硅纳米复合材料，可在短时间内大量制备出的形貌均一，质量可控的核壳球状磁性介孔二氧化硅纳米复合材料。
2.本发明制备的核壳球状磁性介孔二氧化硅纳米复合材料具备载药容量大、生物相容性好、细胞内吞率高、肿瘤细胞内pH响应性释药、磁性能高、增强核磁成像效果、毒性低等优点，可担载化疗药物和基因，在肿瘤细胞内有序释放，降低化疗药物的毒性，改善肿瘤的诊断和治疗效果。
附图说明
图1核壳球状磁性介孔二氧化硅纳米复合材料的透射电镜图。
图2核壳球状磁性介孔二氧化硅纳米复合材料的磁滞回线图。
图3核壳球状磁性介孔二氧化硅纳米复合材料的氮气吸附脱附曲线图。
图4核壳球状磁性介孔二氧化硅纳米复合材料的体外释药图。
图5核壳球状磁性介孔二氧化硅纳米复合材料的体外抗肿瘤图。
具体实施方式
以下实施例仅用于说明本发明，而并非用于限制本发明的范围。
实施例1：核壳球状磁性介孔二氧化硅纳米复合材料的制备
在34mL二甘醇(DEG)溶液中，加入0.576gPAA和0.13gFeCl3，在氮气的保护下搅拌加热至250℃，20分钟后加入2.8mL80℃的氢氧化钠(NaOH)的二甘醇溶液(0.1g/mL)，搅拌反应1小时后将反应产物磁吸分离、水洗、干燥，制得球状磁性铁氧体纳米粒子(Fe3O4)。称取10mgFe3O4分散在去离子水中，加入100mgCTAB，超声40分钟后加入0.4mL氨水，搅拌加热至40℃，缓慢滴加10μLTEOS，搅拌反应20分钟；将反应产物分离纯化，得到核壳球状磁性介孔二氧化硅纳米复合材料。将其分散在100mL0.5％的硝酸铵乙醇溶液中，搅拌加热回流三次以除去CTAB。得到核壳球状磁性介孔二氧化硅纳米复合材料。通过透射电镜，氮气吸附脱附曲线和磁滞回线检测发现核壳球状磁性介孔二氧化硅纳米复合材料的直径为200nm，比表面积为500m2/g，介孔的孔径为2nm，磁化强度为40emu。如图1,2,3所示。
实施例2：核壳球状磁性介孔二氧化硅纳米复合材料的制备
在34mL二甘醇(DEG)溶液中，加入0.576gPAA和0.13gFeCl3，在氮气的保护下搅拌加热至250℃，20分钟后加入2.8mL80℃的氢氧化钠(NaOH)的二甘醇溶液(0.1g/mL)，搅拌反应1小时后将反应产物磁吸分离、水洗、干燥，制备出球状磁性铁氧体纳米粒子(Fe3O4)。称取10mgFe3O4分散在去离子水中，加入150mgCTAB，超声40分钟后加入0.4mL氨水，搅拌加热至40℃，缓慢滴加15μLTEOS，搅拌反应20分钟；将反应产物分离纯化，得到核壳球状磁性介孔二氧化硅纳米复合材料。将其分散在100mL0.5％的硝酸铵乙醇溶液中，搅拌加热回流三次以除去CTAB。得到核壳球状磁性介孔二氧化硅纳米复合材料。通过透射电镜，氮气吸附脱附曲线和磁滞回线检测发现核壳球状磁性介孔二氧化硅纳米复合材料的直径为250nm，比表面积为620m2/g，介孔的孔径为2nm，磁化强度为35emu。
实施例3：核壳球状磁性介孔二氧化硅纳米复合材料的制备
在34mL二甘醇(DEG)溶液中，加入0.576gPAA和0.13gFeCl3，在氮气的保护下搅拌加热至250℃，20分钟后加入2.8mL80℃的氢氧化钠(NaOH)的二甘醇溶液(0.1g/mL)，搅拌反应1小时后将反应产物磁吸分离、水洗、干燥，制备出球状磁性铁氧体纳米粒子(Fe3O4)。称取10mgFe3O4分散在去离子水中，加入200mgCTAB，超声40分钟后加入0.5mL氨水，搅拌加热至40℃，缓慢滴加20μLTEOS，搅拌反应20分钟；将反应产物分离纯化，得到核壳球状磁性介孔二氧化硅纳米复合材料。将其分散在100mL0.5％的硝酸铵乙醇溶液中，搅拌加热回流三次以除去CTAB。得到核壳球状磁性介孔二氧化硅纳米复合材料。通过透射电镜，氮气吸附脱附曲线和磁滞回线检测发现核壳球状磁性介孔二氧化硅纳米复合材料的直径为300nm，比表面积为670m2/g，介孔的孔径为2nm，磁化强度为30emu。
实施例4：装载阿霉素的核壳球状磁性介孔二氧化硅纳米复合材料的抗肿瘤应用
(1)将实施例1中制备的10mg核壳球状磁性介孔二氧化硅纳米复合材料溶于30ml乙醇中超声20min，加入1mLAPS搅拌过夜，105℃回流3-4h，磁吸分离后乙醇洗涤。将产物溶于50mLDMF中，加入0.5g丁二酸酐搅拌24h。磁吸分离后乙醇洗涤，干燥后得到羧基修饰的核壳球状磁性介孔二氧化硅纳米复合材料。将羧基修饰的核壳球状磁性介孔二氧化硅纳米复合材料溶于10mL0.5mg/mL阿霉素的PBS溶液中，搅拌24小时后磁吸分离水洗，得到载阿霉素的核壳球状磁性介孔二氧化硅纳米复合材料。将10mg上述制备得到的担载阿霉素的核壳球状磁性介孔二氧化硅纳米复合材料置于透析袋中，加入pH＝5.5或7.4的缓冲溶液搅拌，120小时内药物在酸性条件(pH＝5.5)下释放率约为45％，而在中性条件(pH＝7.4)下释放率小于5％，如图4所示。该载体的载药量约为35％。
(2)处于对数生长期的肝癌细胞HepG2或肝正常细胞HL-7702按5000个细胞/孔分别接种于96孔板中，当细胞生长达到70％～80％融合时，分组如下：
A.核壳球状磁性介孔二氧化硅纳米复合材料组
B.核壳球状磁性介孔二氧化硅纳米复合材料/阿霉素组
C.阿霉素对照组
共3组，每组设6个浓度梯度6复孔。加药后各组继续与细胞共孵育24、48h后，SRB法测定细胞活性。比较肝癌细胞和正常细胞的活性，如图5所示，发现担载阿霉素的核壳球状磁性介孔二氧化硅纳米复合材料对肿瘤细胞杀伤强，而对正常细胞的杀伤弱，具备了较好的生物安全性，是良好的抗肿瘤药物载体，可以用于抗肿瘤治疗。
实施例5：装载紫杉醇的核壳球状磁性介孔二氧化硅纳米复合材料的抗肿瘤应用
(2)将实施例2中制备的10mg核壳球状磁性介孔二氧化硅纳米复合材料溶于30ml乙醇中超声20min，加入1mLAPS搅拌过夜，105℃回流3-4h，磁吸分离后乙醇洗涤。将产物溶于50mLDMF中，加入0.5g丁二酸酐搅拌24h。磁吸分离后乙醇洗涤，干燥后得到羧基修饰的核壳球状磁性介孔二氧化硅纳米复合材料。将羧基修饰的核壳球状磁性介孔二氧化硅纳米复合材料溶于10mL0.1mg/mL紫杉醇的PBS溶液中，搅拌24小时后磁吸分离水洗，得到载紫杉醇的核壳球状磁性介孔二氧化硅纳米复合材料。将10mg上述制备得到的担载紫杉醇的核壳球状磁性介孔二氧化硅纳米复合材料置于透析袋中，加入pH＝5.5或7.4的缓冲溶液搅拌，120小时内药物在酸性条件(pH＝5.5)下释放率约为35％，而在中性条件(pH＝7.4)下释放率小于5％。该载体的载药量约为25％。
(2)处于对数生长期的肝癌细胞HepG2或肝正常细胞HL-7702按5000个细胞/孔分别接种于96孔板中，当细胞生长达到70％～80％融合时，分组如下：
A.核壳球状磁性介孔二氧化硅纳米复合材料组
B.核壳球状磁性介孔二氧化硅纳米复合材料/紫杉醇组
C.紫杉醇对照组
共3组，每组设6个浓度梯度6复孔。加药后各组继续与细胞共孵育24、48h后，SRB法测定细胞活性。比较肝癌细胞和正常细胞的活性。
实施例6：装载硫酸长春新碱的核壳球状磁性介孔二氧化硅纳米复合材料的抗肿瘤应用
(3)将实施例3中制备的10mg核壳球状磁性介孔二氧化硅纳米复合材料溶于30ml乙醇中超声20min，加入1mLAPS搅拌过夜，105℃回流3-4h，磁吸分离后乙醇洗涤。将产物溶于50mLDMF中，加入0.5g丁二酸酐搅拌24h。磁吸分离后乙醇洗涤，干燥后得到羧基修饰的核壳球状磁性介孔二氧化硅纳米复合材料。将羧基修饰的核壳球状磁性介孔二氧化硅纳米复合材料溶于10mL1mg/mL硫酸长春新碱的PBS溶液中，搅拌24小时后磁吸分离水洗，得到载硫酸长春新碱的核壳球状磁性介孔二氧化硅纳米复合材料。将10mg上述制备得到的担载硫酸长春新碱的核壳球状磁性介孔二氧化硅纳米复合材料置于透析袋中，加入pH＝5.5或7.4的缓冲溶液搅拌，120小时内药物在酸性条件(pH＝5.5)下释放率约为40％，而在中性条件(pH＝7.4)下释放率小于5％。该载体的载药量约为45％。
(2)处于对数生长期的肝癌细胞HepG2或肝正常细胞HL-7702按5000个细胞/孔分别接种于96孔板中，当细胞生长达到70％～80％融合时，分组如下：
A.核壳球状磁性介孔二氧化硅纳米复合材料组
B.核壳球状磁性介孔二氧化硅纳米复合材料/硫酸长春新碱组
C.硫酸长春新碱对照组
共3组，每组设6个浓度梯度6复孔。加药后各组继续与细胞共孵育24、48h后，SRB法测定细胞活性。比较肝癌细胞和正常细胞的活性。
Claims (2)
1.一种核壳球状磁性介孔二氧化硅纳米复合材料的快速制备方法，其特征在于：该方法采用碱水解法制备球状磁性铁氧体纳米粒子，以球状磁性铁氧体纳米粒子作为种子颗粒，利用水溶液中表面活性剂与无机硅源的自组装行为，在磁性铁氧体纳米粒子表面快速包覆一层具有介观结构的二氧化硅复合材料，即得到核壳球状磁性介孔二氧化硅纳米复合材料；
具体制备步骤如下：
1)、球状磁性铁氧体纳米粒子的制备：首先在反应容器A中加入二甘醇溶液，后加入氢氧化钠，得到浓度为0.1g/mL氢氧化钠二甘醇溶液，在氮气保护下加热至80℃备用；在反应容器B中加入34mL二甘醇溶液，以100～1000rpm速度搅拌加入聚丙烯酸0.576g和三氯化铁0.13g，
在氮气的保护下搅拌加热至220℃继续搅拌30分钟，然后向反应容器B中加入反应容器A中的氢氧化钠二甘醇溶液1.9～5.7mL，搅拌反应1小时得反应产物，将反应产物磁吸分离、水洗、干燥，制得球状磁性铁氧体纳米粒子；
2)、核壳球状磁性介孔二氧化硅纳米复合材料的制备：将步骤1)制备得到的10mg球状磁性铁氧体纳米粒子分散在10ml去离子水中超声处理10分钟，然后加入100-500mg阳离子表面活性剂十六烷基三甲基溴化铵，超声处理40分钟后加入0.1～1mL氨水，搅拌加热至40℃，最后缓慢滴加5-50μl正硅酸乙酯,搅拌反应3分钟后制得反应产物；将反应产物磁吸分离、水洗、干燥，制备出核壳球状磁性介孔二氧化硅纳米复合材料，所述搅拌速度为100～1000rpm。
2.根据权利要求1所述的一种核壳球状磁性介孔二氧化硅纳米复合材料，其特征在于：所述核壳球状磁性介孔二氧化硅纳米复合材料经表面功能化处理后能够装载一种或多种抗肿瘤小分子化疗药物，并可用于肿瘤的诊断和治疗。
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| CN114773499B (zh) * | 2022-05-09 | 2023-03-14 | 四川制药制剂有限公司 | 一种注射用舒更葡糖钠及制备方法 |
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Application publication date: 20151125 |
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| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |