CN101475145B - 一种具有磁热和靶向药物缓释特性的水滑石及其制备方法 - Google Patents

Abstract

一种具有磁热和靶向药物缓释特性的水滑石及其制备方法，其化学式为：(M²⁺)_1-x(M³⁺)_X(OH)₂(A^m-)_a(B^n-)_b·mH₂O/(MN)_y其中M²⁺是二价金属离子；M³⁺是三价金属离子；A^m-为荷电量为m插层的阴离子型药物；B^n-为荷电量为n的无机阴离子，0.1＜X＜0.8；a、b分别为A^m-、B^n-的数量，且a、b满足m*a+n*b＝X；m为结晶水的数量，0.01＜m＜4；MN为具有磁热疗功能和磁靶向作用的磁性物种，y为MN的数量，0.001＜y＜1。本发明原料易得，成本低，操作简单，得到的材料具有良好的磁热效应、靶向性和药物缓释、性能，按照治疗目的可装载不同的阴离子型化疗药物，兼具磁热疗和靶向化疗的双重功能。

Description

一种具有磁热和靶向药物缓释特性的水滑石及其制备方法

技术领域

本发明属于生物工程材料技术领域，涉及一种用于磁热疗和靶向药物缓释的水滑石及其制备方法。 

背景技术

传统的癌症治疗手段包括手术、化疗、热疗和放疗。其中化疗是指应用药物治疗癌症，虽然具有显著的疗效，但是单纯的药物不能彻底杀灭肿瘤细胞，而且还有很大的副作用。磁热疗(Magnetocaloric Thermotherapy，MT)是一种新兴的绿色热疗方法。它适用于多种类，不同深度肿瘤的治疗，精确的将肿瘤组织加热到有效治疗温度(41～45℃)并维持一定时间，从而确保癌细胞大部分受到毁灭性的杀伤，可以大幅度降低化疗用药剂量，减轻化疗副作用给病人带来的痛苦。研究表明，采用两种手段治疗癌症将会使治疗效果大幅度提高，因而相关的研究开发具有重要的应用前景。 

水滑石(Layered Double Hydroxides，LDHs)是一种生物相容性好的医用药物载体无机材料，具有如下优点：1.提高药物的稳定性，延长药物的半衰期；2.提高难溶性药物的溶解度；3.使药物具有缓、控释药的特性，减少药物的不良反应。它可在人体酸性生理环境中被溶解而随尿液排出体外，并且物理和化学性质稳定。由于LDHs层间阴离子具有可交换性和层间空间的可调性，因而将其用于承载治疗肿瘤疾病的化疗药物的研究工作已经相当普遍。如将带电中性或带阳离子的药物用羧酸甲基-β-环糊精包裹再交换进入层间，带阴离子的药物可直接通过离子交换进入层间，对于两性药物如氨基酸多肽类，可通过调节pH值使其带负电荷再交换进入层间。因而，水滑石载体可以克服有机物载体的降解速度慢、降解程度低的缺点；同时也克服了其他无机物载体的生物相容性差、载药条件苛刻等缺点。 

中国专利(2008，公开号：CN101112374A)公开了一种装载喜树碱的载药水滑石纳米复合材料及其制备方法。其制备方法为煅烧重构法，即将镁铝水滑石的煅烧产物置于喜树碱的溶液中进行结构重建重新得到水滑石，喜树碱的溶剂选自水、二甲基亚砜、二甲基甲酰胺、氯仿、甲醇、乙醇、乙酸乙酯、丙酮中的一种或组合，此水滑石材料可用于喜树碱药物的输送和控释。但是，这种水滑石材料不具备磁热特性。 

又如公开号为CN1689576A的中国专利公开了一种磁性插层结构缓释型5-氨基水杨酸及其制备方法。该专利以尖晶石型NiFe₂O₄为磁性物种，外包覆水滑石并装载模型药物5-氨基水杨酸。虽然该发明赋予载药水滑石以靶向性，但仍不具有磁热特性，且该发明并未对其缓释能力进行表征。 

在这些水滑石型的载体中，尚未有报道同时负载治癌的化疗药物和热疗的水滑石复合材料。基于上述事实，开发出一种经济有效、生物相容性好、集磁热疗和缓释药于一体的双功能复合材料具有重要的意义。 

发明内容

本发明的目的在于提供一种具有磁热和靶向药物缓释特性的水滑石及其制备方法，这种材料由于同时具有显著的磁热疗和靶向化疗的双重功能，因而在癌症治疗方面具有极大的应用潜力。 

本发明的技术方案如下所述：以磁性纳米粒子为内核，在其表面吸附组成水滑石层板的金属阳离子，进一步，在其表面通过共沉淀自组装法原位复合阴离子型药物形成载药水滑石，得到具有磁热和靶向药物缓释特性的核壳结构材料。 

该水滑石为核壳结构，其化学式为： 

(M²⁺)_1-x(M³⁺)_X(OH)₂(A^m-)_a(B^n-)_b·mH₂O/(MN)_y

其中M²⁺是二价金属离子，例如Zn²⁺、Mg²⁺、Cu²⁺，Ni²⁺，Fe²⁺中的任何一种；Ma³⁺是三价金属离子，例如Al³⁺、Fe³⁺、Sc³⁺、Cr³⁺，Ln³⁺中的任何一种； 

A^m-为荷电量为m的插层阴离子型药物，本专利中指L-Aspartic acid(L-天门冬氨酸)简写为：Asp.)，也可以是色氨酸、苯丙氨酸、亮氨酸、谷氨酸；B^n-为荷电量为n的无机阴离子，B^n-可以不存在或为CO₃ ^2-、NO₃ ^-、OH^-中的任何一种；0.1＜X＜0.8； 

a、b分别为A^m-、B^n-的数量，且a、b满足m*a+n*b＝X； 

m为结晶水的数量，0.01＜m＜4； 

MN为具有磁热疗功能和磁靶向作用的磁性物种，可以是Mn_1-xZn_xFe₂O₄(0＜x＜1)、γFe₂O₃中的任何一种。 

上述经验化学式中的M²⁺优选Mg²⁺；M³⁺优选Al³⁺；MN优选Mn_0.8Zn_0.2Fe₂O₄或γFe₂O₃。 

该水滑石的粒度分布在20～70nm；比饱和磁化强度为10.0～70.0emu/g；升温幅度为5～30℃；水滑石中L-Aspartic acid的质量百分含量为10～20％；缓释持续时间可达3～5h。 

本发明提供的具有磁热和靶向药物缓释特性的水滑石的制备实施包括以下步骤： 

(1).将可溶性的二价金属盐M²⁺Y和可溶性三价金属盐M³⁺Y按[M²⁺]/[M³⁺]＝1～5的摩尔比，用脱二氧化碳去离子水配成混合盐溶液A，使溶液中M²⁺的摩尔浓度为0.5～3.0M，M³⁺的摩尔浓度为0.2～2.5M； 

(2).将预定量NaOH与预定量的阴离子型药物用去二氧化碳去离子水配成碱溶液B，其中NaOH、阴离子型药物的用量均以混合盐溶液A中二价金属离子[M²⁺]的量为基准来确定，应满足[NaOH]/[M²⁺]＝1～5∶1(mol/mol)，[药物分子]/[M²⁺]＝1～10∶1(mol/mol)； 

(3).再将预定量的MN加入到一定量去二氧化碳去离子水中，剧烈搅拌下使其均匀地分散为悬浊液C，调节pH值为7.5～8.5，MN的加入量以混合盐溶液A中三价金属离子[M³⁺]的量为基准来确定，应满足[MN]/[M³⁺]＝0.005～0.05∶1(mol/mol)； 

(4).将预定量浓HNO₃用去二氧化碳去离子水配成酸溶液D，酸溶液中NO^3-的摩尔浓度为0.5～6.0M；将预定量NaOH用去二氧化碳去离子水配成碱溶液E，碱溶液中Na²⁺的摩尔浓度为0.5～6.0M； 

(5).在氩气保护气氛下，将步骤(1)的含MN的混合盐溶液A与步骤(2)的混合碱溶液B分别以滴加速率0.01～1ml/s和滴加速率0.03～3ml/s缓慢加入至带搅拌的反应容器中迅速混合，用酸溶液D或碱溶液E调节所得浆液的pH为7.5～8.5停止，再迅速加入悬浊液C，剧烈搅拌30分钟，转入充满氩气的密闭三颈瓶中； 

(6).将三颈瓶中浆液在25～70℃温度下晶化24h～48h，再经抽滤、水洗至中性，在15～70℃干燥24～48h，得到阴离子型药物插层的LDHs/MN； 

上述步骤中所用水均为去二氧化碳去离子水。 

本发明合成的具有显著磁热特性的水滑石，其优点是：制备工艺简单，成本低，反应易于进行；该水滑石同时具有磁热疗和靶向药物缓释双重功能，缓释持续时间可达3～5h，比饱和磁化强度为10.0～70.0emu/g，升温幅度为达5～30℃。 

附图说明

将L-Aspartic acid插层的LDHs/MN(简写为Asp-LDHs/MN)进行X射线粉末衍射、FT-IR、TEM表征、VSM表征、磁热效率表征、药物缓释表征。 

图1为实施例1组装条件下Asp-LDHs/γFe₂O₃的X射线粉末衍射图，表明Asp已经插入层间，该Asp-LDHs/γFe₂O₃具有水滑石类材料和γFe₂O₃磁性材料特征晶体结构。 

图2为实施例1组装条件下Asp-LDHs/γFe₂O₃的FT-IR图，证明在γFe₂O₃纳米颗粒外包覆了层状材料Asp-LDHs，表现为核壳结构。 

图3为实施例1组装条件下Asp-LDHs/γFe₂O₃的TEM图，证明其为粒状形貌，且颗粒尺寸在纳米级别，粒度分布在20～50nm。 

图4为实施例1组装条件下Asp-LDHs/γFe₂O₃的VSM图，计算得产物的比饱和磁化强度为16.02emu/g。 

图5为实施例1组装条件下Asp-LDHs/γFe₂O₃的磁热曲线图。具体表征方法为：取20mg待测样品，装入含1ml去离子水的真空瓶内，将盛有样品的真空瓶置于60KHz交变磁场内，每隔一定时间测量液体介质的温度，保持30分钟，最后绘制出升温曲线。 

实验证明在起始温度为25℃时，频率为60KHz的磁场下保持30分钟，20mg该水滑石可以使1ml水升高到46.6℃，升温幅度达到21.6℃，最终温度高于45℃，证明该复合材料磁热效应显著。 

图6为实施例1组装条件下Asp-LDHs/γFe₂O₃的药物缓释曲线图。具体表征 方法为：取两份10mg的Asp-LDHs/MN，根据中国药典，分别置于两个盛有磷酸缓冲溶液(pH为5.8和7.4)的锥形瓶中，然后将锥形瓶放入水浴恒温振荡器中连续振荡，按一定时间间隔取少量悬浮液，所取悬浮液经离心分离后，采用茚三酮显色反应显色，用分光光度法测量其中Asp的浓度。 

实验证明Asp-LDHs/MN受pH影响显著，且在不同pH值的磷酸根缓冲溶液环境中均具有一定的缓释能力，缓释时间可持续达3～5h，缓释效果显著。 

具体实施方式

以下结合实施例对本发明作进一步说明。 

实施例1.保持水滑石的组成层板金属离子比例Mg²⁺/Al³⁺＝2∶1，对产物的比饱和磁化强度在16.02emu/g，缓释时间为5h，升温幅度为20℃的制备方法。 

(1).精确称量0.04molMg(NO₃)₂·6H₂O和0.02mol的Al(NO₃)₃·9H₂O，用40ml去二氧化碳去离子水配成[Mg²⁺]/[Al³⁺]摩尔比等于2的混合盐溶液A； 

(2).另将0.2mol的NaOH和0.04mol的L-Aspartic acid用100ml去二氧化碳去离子水配成混合碱溶液B； 

(3).再将预定量的0.00875molγFe₂O₃加入到一定量去二氧化碳去离子水中，剧烈搅拌下使其均匀地分散为悬浊液C，调节pH值为8.0； 

(4).在氩气保护气氛下，将步骤(1)的混合盐溶液A与步骤(2)的混合碱溶液B分别以滴加速率0.5ml/s滴加剧烈搅拌的反应容器中迅速混合，用0.1M的硝酸溶液和0.1M的NaOH溶液调节浆液终点的pH为8.0停止，再迅速加入悬浊液C，剧烈搅拌30分钟，转入充满氩气的密闭三颈瓶中； 

(5).将三颈瓶中浆液在60℃温度下晶化48h，再经抽滤、水洗至中性，在70℃恒温箱内干燥72h，得到γFe₂O₃含量为27.5％的Asp-LDHs/γFe₂O₃。 

实施例2.保持水滑石的组成层板金属离子比例Mg²⁺/Al³⁺＝2∶1，对产物的比饱和磁化强度为27emu/g，缓释时间为5h，升温幅度为30℃的制备方法。 

(1).精确称量0.04molMg(NO₃)₂·6H₂O和0.02mol的Al(NO₃)₃·9H₂O，用40ml去二氧化碳去离子水配成[Mg²⁺]/[Al³⁺]摩尔比等于2的混合盐溶液A； 

(2).另将0.2mol的NaOH和0.04mol的L-Aspartic acid用100ml去二氧化碳去离子水配成混合碱溶液B； 

(3).改变γFe₂O₃的用量，将0.01325molγFe₂O₃纳米粒子加入到一定量去二氧化碳去离子水中，剧烈搅拌下使其均匀地分散为悬浊液C，调节pH值为8.0； 

(4).在氩气保护气氛下，将步骤(1)的混合盐溶液A与步骤(2)的混合碱溶液B分别以滴加速率0.5ml/s滴加剧烈搅拌的反应容器中迅速混合，用0.1M的硝酸溶液和0.1M的NaOH溶液调节浆液终点的pH为8.0停止，再迅速加入悬浊液C，剧烈搅拌30分钟，转入充满氩气的密闭三颈瓶中； 

(5).将三颈瓶中浆液在60℃温度下晶化48h，再经抽滤、水洗至中性，在70℃恒温箱内干燥72h，得到γFe₂O₃含量为45％的Asp-LDHs/γFe₂O₃。 

实施例3.保持水滑石的组成层板金属离子比例Mg²⁺/Al³⁺＝2∶1，对产物的比饱和磁化强度在30emu/g，缓释时间为5h，升温幅度为10℃的制备方法。 

(1).精确称量0.04molMg(NO₃)₂·6H₂O和0.02mol的Al(NO₃)₃·9H₂O，用40ml去二氧化碳去离子水配成[Mg²⁺]/[Al³⁺]摩尔比等于2的混合盐溶液A； 

(2).另将0.2mol的NaOH和0.04mol的L-Aspartic acid用100ml去二氧化碳去离子水配成混合碱溶液B； 

(3).将预定量的0.02938mol Mn_0.8Zn_0.2Fe₂O₄加入到一定量去二氧化碳去离子水中，剧烈搅拌下使其均匀地分散为悬浊液C，调节pH值为8.5； 

(4).在氩气保护气氛下，将步骤(1)的混合盐溶液A与步骤(2)的混合碱溶液B分别以滴加速率0.5ml/s滴加剧烈搅拌的反应容器中迅速混合，用0.1M的硝酸溶液和0.1M的NaOH溶液调节浆液终点的pH为8.5停止，再迅速加入悬浊液C，剧烈搅拌30分钟，转入充满氩气的密闭三颈瓶中； 

(5).将三颈瓶中浆液在60℃温度下晶化48h，再经抽滤、水洗至中性，在70℃恒温干燥箱内干燥72h，得到Mn_0.8Zn_0.2Fe₂O₄含量为55％的Asp-LDHs/Mn_0.8Zn_0.2Fe₂O₄。 

实施例4.调节水滑石的组成层板金属离子比例Mg²⁺/Al³⁺＝3∶1，对产物的比饱和磁化强度为28emu/g，缓释时间为5h，升温幅度为10℃的制备方法。 

(1).精确称量0.06molMg(NO₃)₂·6H₂O和0.02mol的Al(NO₃)₃·9H₂O，用40ml去二氧化碳去离子水配成[Mg²⁺]/[Al³⁺]摩尔比等于2的混合盐溶液A； 

(2).另将0.22mol的NaOH和0.04mol的L-Aspartic acid用100ml去二氧化碳去离子水配成混合碱溶液B； 

(3).另加入预定量0.03552mol Mn_0.8Zn_0.2Fe₂O₄加入到一定量去二氧化碳去离子水中，剧烈搅拌下使其均匀地分散为悬浊液C，调节pH值为8.5； 

(4).在氩气保护气氛下，将步骤(1)的的混合盐溶液A与步骤(2)的混合碱溶液B分别以滴加速率0.4ml/s滴加剧烈搅拌的反应容器中迅速混合，用0.1M的硝酸溶液和0.1M的NaOH溶液调节浆液终点的pH为8.5停止，再迅速加入悬浊液C，剧烈搅拌30分钟，转入充满氩气的密闭三颈瓶中； 

(5).将三颈瓶中浆液在60℃温度下晶化36h，再经抽滤、水洗至中性，在70℃恒温干燥箱内干燥72h，得到Asp-LDHs/Mn_0.8Zn_0.2Fe₂O₄。 

上述对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和应用本发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于这些实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，对于本发明做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。 

Claims (4)

1.一种具有磁热和靶向药物缓释特性的水滑石，其化学式为：

(M²⁺)_1-x(M³⁺)_x(OH)₂(A^m-)_a(B^n-)_b·m’H₂O／(MN)_y

其中M²⁺是二价金属离子；M³⁺是三价金属离子；

A^m-为荷电量为m插层的阴离子型药物；

B^n-为荷电量为n的无机阴离子，0.1<X<0.8；

a、b分别为A^m-、B^n-的数量，且a、b满足m×a+n×b=X；

m’为结晶水的数量，0.01<m’<4；

MN为具有磁热疗功能和磁靶向作用的磁性物种，y为MN的数量，0.001<y<1；

其中M²⁺是Zn²⁺、Mg²⁺、Cu²⁺，Ni²⁺，Fe²⁺中的任何一种；

其中M³⁺是Al³⁺、Fe³⁺、Sc³⁺、Cr³⁺，Ln³⁺中的任何一种；

其中A^m-指L-Aspartic acid、色氨酸、苯丙氨酸、亮氨酸、谷氨酸中的任何一种；

其中B^n-可以不存在或为CO₃ ^2-、NO₃ ^-、OH^-中的任何一种；

其中MN是Mn_1-x’Zn_x’Fe₂O₄其中0<x’<1、γFe₂O₃中的任何一种。

2.根据权利要求1所述的具有磁热和靶向药物缓释特性水滑石，其特征是：该化学式中的M²⁺选Mg²⁺；M³⁺选Al³⁺；a大于0时，B^n-为CO₃ ^2-、NO₃ ^-、OH^-中的任何一种；

MN选Mn_0.8Zn_0.2Fe₂O₄或γFe₂O₃。

3.根据权利要求1所述的具有磁热和靶向药物缓释特性水滑石，其特征是：该水滑石的粒度分布在20～70nm；比饱和磁化强度为10.0～70.0emu／g；升温幅度为5～30℃；水滑石中L-Aspartic acid的质量百分含量为10～20％；缓释持续时间可达3～5h。

4.权利要求1至3中任一所述的具有磁热和靶向药物缓释特性水滑石制备方法，其特征是：包括以下步骤：

(1).将可溶性的二价金属盐M²⁺Y和可溶性三价金属盐M³⁺Y按[M²⁺]/[M³⁺]=1～5的摩尔比，用去二氧化碳去离子水配成混合盐溶液A，使溶液中M²⁺的摩尔浓度为0.5～3.0M，M³⁺的摩尔浓度为0.2～2.5M；

(2).将预定量NaOH与预定量的L-Aspartic acid用去二氧化碳去离子水配成碱溶液B，其中NaOH、L-Aspartic acid的用量均以混合盐溶液A中二价金属离子[M²⁺]的量为基准来确定，应满足[NaOH]／[M²⁺]=1～5∶1(mol／mol)，[Asp]／[M²⁺]=1～10∶1(mol／mol)；

(3).将预定量的MN加入到一定量去二氧化碳去离子水中，剧烈搅拌下使其均匀地分散为悬浊液C，调节pH值为7.5～8.5，MN的加入量以混合盐溶液A中三价金属离子[M³⁺]的量为基准来确定，应满足[MN]／[M³⁺]=0.005～0.05∶1(mol／mol)；

(4).将预定量浓HNO₃用去二氧化碳去离子水配成酸溶液D，酸溶液中NO₃ ^-的摩尔浓度为0.5～6.0M；将预定量NaOH用去二氧化碳去离子水配成碱溶液E，碱溶液中Na⁺的摩尔浓度为0.5～6.0M；

(5).在氩气保护气氛下，将步骤(1)的混合盐溶液A与步骤(2)的碱溶液B分别以滴加速率0.001～1ml／s和滴加速率0.003～3ml／s缓慢加入至带搅拌的反应容器中迅速混合，用酸溶液D或碱溶液E调节所得浆液的pH为7.5～8.5停止，再迅速加入悬浊液C，剧烈搅拌30分钟，转入充满氩气的密闭三颈瓶中；

(6).将三颈瓶中的浆液在25～70℃温度下晶化24h～48h，再经抽滤、水洗至中性，在15～70℃干燥24～72h，得到Asp—LDHs／MN。