CN113896206A - 一种空心介孔硅纳米微球及其制备方法和用途 - Google Patents

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Abstract

本发明属于材料技术领域，具体涉及一种空心介孔硅纳米微球及其制备方法和用途。所述的纳米微球为球状；其内部为空腔结构，空腔大小150±10nm，外部为介孔硅壳层，壳层厚度为55±5nm。所述的纳米微球的壳层上有3±1nm的介孔结构。本发明的空心介孔硅纳米微球具有安全性好、稳定性高、制备简单等优势，可用于制备***病毒样颗粒疫苗。

Description

一种空心介孔硅纳米微球及其制备方法和用途
技术领域
本发明属于材料技术领域，具体涉及一种空心介孔硅纳米微球及其制备方法和用途。
背景技术
***是由***病毒(FMDV)引起的以牛、猪、羊等重要经济畜种为主的急性、热性、高度接触性传染病。疫苗接种是目前防控***最有效的手段之一。尽管***灭活疫苗为***的有效防控发挥了极为重要的作用，然而，灭活疫苗在生产过程中需要动用活病毒，活病毒灭活不彻底或生产过程处置不当有引发疫情的危险。
近年来，随着分子生物学、分子免疫学、反向遗传学及生物信息学等学科的蓬勃发展，众多的新型疫苗如活载体疫苗、合成肽疫苗、病毒样颗粒疫苗等被广泛研究。其中，病毒样颗粒疫苗被认为是能够取代传统灭活病毒疫苗的最佳候选疫苗形式。尽管病毒样颗粒疫苗与灭活疫苗相比具有较好的安全性，但其免疫原性弱、稳定性和抗逆性差等问题已成为目前该疫苗发展的瓶颈。
佐剂又称为免疫调节剂或免疫増强剂，具有减少免疫针次、减少抗原用量、增强免疫反应等功能。传统的佐剂包括不溶性铝盐类胶体、油水乳剂、微生物及其代谢产物、核酸及其类似物、细胞因子、免疫刺激复合物、蜂胶、脂质体等。
目前，***疫苗使用的佐剂主要使用ISA系列油水乳剂。该类佐剂长期依赖进口，受专利保护等因素影响，价格昂贵，而目前国内自主研发的商品化佐剂极少。因此，迫切需要研发高效、安全、稳定、经济的新型疫苗佐剂，为打破国际垄断、开掘国内疫苗企业潜力、发展新型基因工程亚单位疫苗作出重要贡献。
近年来，介孔硅纳米材料由于具有毒性低、易降解、容易进行表面官能团化修饰等特性，作为疫苗递送***载体的研究受到越来越多的关注。寻求安全、稳定有效的新型纳米佐剂用于***病原样颗粒疫苗具有重要意义。
发明内容
本发明的目的在于提供一种比表面积和孔体积大、粒径均一、生物安全性高、稳定性高、制备简单的空心介孔硅纳米微球及其制备方法和用途。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：
一种空心介孔硅纳米微球，所述的纳米微球为球状；其内部为空腔结构，空腔大小150±10nm，外部为介孔硅壳层，壳层厚度为55±5nm。
进一步的，所述的纳米微球的壳层上有3±1nm的介孔结构。
进一步的，所述的纳米微球的粒径为263±19nm。
进一步的，所述的纳米微球的比表面积为885m2/g，总孔容1.06cm3/g。
进一步的，所述的纳米微球的结构稳定，在600℃煅烧6h，其空心结构稳定。
本发明还提供一种空心介孔硅纳米微球的制备方法。
一种空心介孔硅纳米微球的制备方法包括：
(1)称取0.8g十六烷基三甲基溴化铵，加入溶剂，室温搅拌1h，形成均一溶液；
(2)向步骤(1)溶液中加入10g聚苯乙烯微球溶液和碱性催化剂，超声分散10min，继续搅拌30min，加入3mL硅源，室温下反应48h；
(3)步骤(2)溶液固液分离，固相用乙醇和水洗涤2～4次；
(4)将步骤(3)所得沉淀600℃煅烧6h，即得空心介孔纳米微球。
进一步的，步骤(1)所述的溶剂为29mL水和12mL乙醇；
所述的碱性催化剂为28％氨水溶液，使用量为1mL。
进一步的，步骤(2)中硅源为正硅酸四乙酯；
所述的聚苯乙烯微球溶液为聚苯乙烯微球的水溶液，溶液浓度为5％w/w；
步骤(3)固液分离为离心分离，条件为10000rpm离心10min。
本发明还提供一种空心介孔硅纳米微球的用途。
一种空心介孔硅纳米微球的用途，所述的空心介孔硅纳米微球作为病毒样颗粒疫苗佐剂。
本发明还提供空心介孔硅纳米微球作为病毒样颗粒疫苗佐剂的制备方法。
空心介孔硅纳米微球作为病毒样颗粒疫苗佐剂的制备方法为：
(1)所述的纳米微球中加入PBS缓冲溶液，配制成5mg/mL的溶液；
(2)将该溶液与0.5mg/mL的病毒样颗粒抗原按照1:1混合，4℃过夜，得到含纳米微球佐剂的疫苗。
本发明提供的空心介孔硅纳米微球，以正硅酸四乙酯为硅源，聚苯乙烯微球和十六烷基三甲基溴化铵为模板，氨水为碱性催化剂，在乙醇和水溶液中制备空心介孔硅纳米微球。
本发明提供的空心介孔硅纳米微球具有毒性低、易降解、容易进行表面官能团化修饰等特性。与其它纳米材料相比，其巨大的比表面积和比孔容能够吸附和容纳更多的蛋白。
本发明提供的空心介孔硅纳米微球作为佐剂，与***病毒样颗粒按照比例结合后免疫豚鼠，可以诱导机体产生有效的免疫应答，具有较高的特异性抗体和中和抗体水平，攻毒后对豚鼠有较高的保护率。
本发明的空心介孔硅纳米微球具有安全性好、稳定性高、制备简单等优势，可用于制备***病毒样颗粒疫苗。
与现有技术相比，本发明提供的一种空心介孔硅纳米微球及其制备方法和应用的优点：
(1)本发明的空心介孔硅纳米微球，制备方法简单，产率高，粒径大小均一，有利于抗原的负载和缓慢释放；
(2)本发明的空心介孔硅纳米微球具有良好的生物安全性，包括良好的血液相容性、组织相容性，在常规剂量范围内对细胞无毒，对实验动物没有明显的副反应和副作用。
(3)本发明的空心介孔硅纳米微球作为***病毒样颗粒疫苗佐剂，能够保护抗原，刺激机体产生免疫应答，产生较高的抗体水平，攻毒后的豚鼠具有较高的保护效果。
附图说明
图1为本发明提供的空心介孔硅纳米微球的透射电镜(TEM)图。
图2为本发明提供的空心介孔硅纳米微球的扫描电镜(SEM)图。
图3为本发明提供的空心介孔硅纳米微球的比表面积图。
图4为本发明提供的空心介孔硅纳米微球与商业化疫苗佐剂ISA 206的中和抗体及特异性抗体测试结果。
具体实施方式
为使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，以下实施例对本发明的作进一步详细描述，以下实施例仅用于说明发明，但不用来限制本发明的范围。
一种空心介孔硅纳米微球，所述的纳米微球为球状；其内部为空腔结构，空腔大小150±10nm，外部为介孔硅壳层，壳层厚度为55±5nm。
进一步的，所述的纳米微球的壳层上有3±1nm的介孔结构。
进一步的，所述的纳米微球的粒径为263±19nm。
进一步的，所述的纳米微球的比表面积为885m2/g，总孔容1.06cm3/g。
进一步的，所述的纳米微球的结构稳定，在600℃煅烧6h，其空心结构稳定。
本发明还提供一种空心介孔硅纳米微球的制备方法。
一种空心介孔硅纳米微球的制备方法包括：
(1)称取0.8g十六烷基三甲基溴化铵，加入溶剂，室温搅拌1h，形成均一溶液；
(2)向步骤(1)溶液中加入10g聚苯乙烯微球溶液和碱性催化剂，超声分散10min，继续搅拌30min，加入3mL硅源，室温下反应48h；
(3)步骤(2)溶液固液分离，固相用乙醇和水洗涤2～4次；
(4)将步骤(3)所得沉淀600℃煅烧6h，即得空心介孔纳米微球。
进一步的，步骤(1)所述的溶剂为29mL水和12mL乙醇；
所述的碱性催化剂为28％氨水溶液，使用量为1mL。
进一步的，步骤(2)中硅源为正硅酸四乙酯；
所述的聚苯乙烯微球溶液为聚苯乙烯微球的水溶液，溶液浓度为5％w/w；
步骤(3)固液分离为离心分离，条件为10000rpm离心10min。
本发明还提供一种空心介孔硅纳米微球的用途。
一种空心介孔硅纳米微球的用途，所述的空心介孔硅纳米微球作为病毒样颗粒疫苗佐剂。
本发明还提供空心介孔硅纳米微球作为病毒样颗粒疫苗佐剂的制备方法。
空心介孔硅纳米微球作为病毒样颗粒疫苗佐剂的制备方法为：
(1)所述的纳米微球中加入PBS缓冲溶液，配制成5mg/mL的溶液；
(2)将该溶液与0.5mg/mL的病毒样颗粒抗原按照1:1混合，4℃过夜，得到含纳米微球佐剂的疫苗。
实施例1
空心介孔硅纳米微球的制备
结合图1～图3所示。
(1)称取0.8g十六烷基三甲基溴化铵，加入29mL水和12mL乙醇，放入100mL圆底烧瓶中，室温搅拌1h，形成均一溶液；
(2)加入10g聚苯乙烯微球溶液(～160nm；5％,w/w)和1mL氨水(28％)，超声分散10min，继续搅拌30min，加入3mL正硅酸四乙酯，室温下反应48h；
(3)反应结束后冷却至室温，10000rpm离心10min，收集沉淀，该沉淀用乙醇和水洗涤3次；
(4)所得沉淀600℃煅烧6h，得到粒径大小为263nm空心介孔硅纳米微球。
其结构如图1(空心介孔硅纳米微球的透射电镜图)和图2(空心介孔硅纳米微球的扫描电镜图)所示。其比表面积如图3(空心介孔硅纳米微球的比表面积图)所示。
实施例2
***病毒样颗粒疫苗的制备
(1)称取10mg空心介孔硅纳米微球，加入2mL PBS缓冲溶液，配制成5mg/mL的溶液；
(2)将该溶液与0.5mg/mL的***病毒样颗粒抗原按照1:1混合，在4℃条件下混合过夜，得到含纳米微球佐剂疫苗。
实施例3
豚鼠免疫试验
选取豚鼠作为试验对象，将24只豚鼠分成四组，每组6只。
第一组作为空白对照，第二组每只豚鼠注射0.2mL的含有500μg实心硅纳米微球(SSNs)和50μg的抗原作为对照，第三组每只豚鼠注射0.2mL含有500μg空心介孔硅纳米微球(HMSNs)和50μg抗原的疫苗，第四组每只豚鼠注射0.2mL含有商业化佐剂ISA 206和50μg抗原的疫苗。
免疫56天后采血，分离血清，分别测试中和抗体及特异性抗体，并进行攻毒保护实验。
试验结果见表1和图4。
表1空心介孔硅纳米微球的攻毒保护率结果
Figure BDA0003361140610000071
从动物试验可以看出，含空心介孔硅纳米微球的疫苗制剂，其特异性抗体、中和抗体及攻毒保护率远高于与空白对照组和对照组相比，说明该空心介孔硅纳米微球能够增强免疫应答水平和提高攻毒保护率。与商业化佐剂ISA 206相比，空心介孔硅纳米微球作为纳米佐剂具有与商业化佐剂相当的免疫效果。
以上详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种变换，这些简单变型均属于本发明的保护范围。
另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征和步骤，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合，为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。
此外，本发明的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本发明的思想，其同样应当视为本发明所公开的内容。

Claims (10)

1.一种空心介孔硅纳米微球，其特征在于：所述的纳米微球为球状；
其内部为空腔结构，空腔大小150±10nm，外部为介孔硅壳层，壳层厚度为55±5nm。
2.根据权利要求1所述的一种空心介孔硅纳米微球，其特征在于：所述的纳米微球的壳层上有3±1nm的介孔结构。
3.根据权利要求1所述的一种空心介孔硅纳米微球，其特征在于：所述的纳米微球的粒径为263±19nm。
4.根据权利要求1所述的一种空心介孔硅纳米微球，其特征在于：所述的纳米微球的比表面积为885m2/g，总孔容1.06cm3/g。
5.根据权利要求1所述的一种空心介孔硅纳米微球，其特征在于：所述的纳米微球的结构稳定，在600℃煅烧6h，其空心结构稳定。
6.根据权利要求1～5任意一项所述的一种空心介孔硅纳米微球的制备方法，其特征在于，所述的制备方法包括：
(1)称取0.8g十六烷基三甲基溴化铵，加入溶剂，室温搅拌1h，形成均一溶液；
(2)向步骤(1)溶液中加入10g聚苯乙烯微球溶液和碱性催化剂，超声分散10min，继续搅拌30min，加入3mL硅源，室温下反应48h；
(3)步骤(2)溶液固液分离，固相用乙醇和水洗涤2～4次；
(4)将步骤(3)所得沉淀600℃煅烧6h，即得空心介孔纳米微球。
7.根据权利要求6所述的一种空心介孔硅纳米微球的制备方法，其特征在于：步骤(1)所述的溶剂为29mL水和12mL乙醇；
所述的碱性催化剂为28％氨水溶液，使用量为1mL。
8.根据权利要求6所述的一种空心介孔硅纳米微球的制备方法，其特征在于：步骤(2)中硅源为正硅酸四乙酯；
所述的聚苯乙烯微球溶液为聚苯乙烯微球的水溶液，溶液浓度为5％w/w；
步骤(3)固液分离为离心分离，条件为10000rpm离心10min。
9.根据权利要求1～5任意一项所述的一种空心介孔硅纳米微球的用途，其特征在于：所述的纳米微球作为病毒样颗粒疫苗佐剂。
10.根据权利要求9所述的一种空心介孔硅纳米微球的应用，其特征在于，所述的纳米微球作为病毒样颗粒疫苗佐剂的制备方法为：
(1)所述的纳米微球中加入PBS缓冲溶液，配制成5mg/mL的溶液；
(2)将该溶液与0.5mg/mL的病毒样颗粒抗原按照1:1混合，4℃过夜，得到含纳米微球佐剂的疫苗。
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