CN102091331A - 一种羧基化介孔二氧化硅纳米粒载体材料及制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种羧基化介孔二氧化硅纳米粒载体材料，所述的载体材料由纳米介孔二氧化硅颗粒组成，所述纳米介孔二氧化硅颗粒的平均直径为40～200nm，比表面积为145～1150m²/g，介孔尺寸为1～4nm，孔容为0.2～1.05cm³/g，所述的羧基修饰介孔二氧化硅纳米载体材料按如下方法制得：载体材料以十六烷基三甲基溴化铵为模板剂，与硅源、碱水溶液，在40～80℃条件恒温高速搅拌下共聚而成；本发明制得的羧基化介孔二氧化硅纳米粒载体材料，粒径分布均匀、分散性好、亲水性强，比表面积大；通过羧基电荷作用，可提高弱碱性药物载药量，在低pH下释放快，可降低药物对正常组织的毒副作用，具有广阔的应用前景。

Description

一种羧基化介孔二氧化硅纳米粒载体材料及制备方法

(一)技术领域

本发明涉及一种介孔二氧化硅纳米粒载体的制备技术，特别涉及一种羧基化介孔二氧化硅纳米粒载体材料及制备方法。

(二)背景技术

纳米粒载体是一种属于纳米级微观范畴的亚微粒药物载体输送系统。将药物包封于亚微粒中，可以调节释药速度、增加生物膜的透过性、改变药物在体内的分布、提高药物生物利用度等。纳米颗粒具有良好的生物相容性和高反应活性表面等优点，近年来在药物传递和基因载体方面的应用研究发展迅速，药物与纳米聚合物以共价键相联组成的治疗系统成为研究者们关注的热点。

介孔二氧化硅纳米粒是最近发现的一种新型介孔材料，该介孔材料具有分布均一的纳米尺寸孔径，孔径分布窄并可在1.5nm～30nm之间调节，因此相对于微孔分子筛，介孔材料较大的孔径使其表面活性基团有较好的可接近性，孔内可负载大体积物种；而相对于无定形载体，介孔材料均一的孔径分布可充分发挥对分子大小及形状的选择性：而且介孔材料的孔径可调，可适用于体积大小范围较宽的客体分子。其在催化、分离、传感器、生物医药等方面具有广泛的应用前景。现有二氧化硅介孔材料具有应用范围窄，亲水性弱等缺点，且在载药和药物控制释放领域，载药量低，释放速度过快，限制了其在药物传递领域的应用。本发明在介孔二氧化硅纳米粒中引入羧基，合成杂化二氧化硅介孔材料，降低纳米粒的电位，增加粒子的亲水性。同时，使可与带正电荷的药物分子产生电荷相互作用，增加载药量，控制药物释放，使其在可控的药物释放体系中发挥重要作用。

(三)发明内容

本发明目的是提供一种羧基化介孔二氧化硅纳米粒载体材料及制备方法，该载体材料粒径分布均匀、分散性好、亲水性强，比表面积大，此外，通过羧基电荷作用，可提高弱碱性药物载药量，在低pH下释放快，可降低药物对正常组织的毒副作用，具有广阔的应用前景。

本发明采用的技术方案是：

一种羧基化介孔二氧化硅纳米粒载体材料，所述的羧基修饰介孔二氧化硅纳米载体材料由纳米介孔二氧化硅颗粒组成，所述纳米介孔二氧化硅颗粒的平均直径为40～200nm，比表面积为145～1150m²/g，介孔尺寸为1～4nm，孔容为0.2～1.05cm³/g，所述的羧基修饰介孔二氧化硅纳米载体材料按如下方法制得：载体材料以十六烷基三甲基溴化铵为模板剂，与硅源、碱水溶液及水，在40～80℃条件恒温高速搅拌下共聚而成；所述硅源为四乙氧基硅烷与2-氰乙基三乙氧基硅烷的混合溶液；所述的四乙氧基硅烷与2-氰乙基三乙氧基硅烷的物质的量之为1∶0.04～0.4；所述碱溶液优选为氨水溶液。

所述的十六烷基三甲基溴化铵、四乙氧基硅烷、2-氰乙基三乙氧基硅烷、碱水溶液中的碱、水的投料物质的量比为0.011～0.055∶0.045～0.18∶0.0018～0.072∶1.03～5.15∶100，所述碱水溶液的质量浓度为10～30％。

所述的羧基化介孔二氧化硅纳米粒载体材料的制备方法，按照以下步骤进行：(1)硅源的制备：将组方量的四乙氧基硅烷与2-氰乙基三乙氧基硅烷配制成混合溶液；(2)将十六烷基三甲基溴化铵模板剂溶于水，加入碱溶液搅拌10～30min，升温至40～80℃，加入步骤(1)所制成的混合溶液，再继续搅拌1～3h，40～80℃静置陈化24～48h，反应结束制得反应液，将反应液后处理制得羧基化介孔二氧化硅纳米粒载体材料；所述的十六烷基三甲基溴化铵、四乙氧基硅烷、2-氰乙基三乙氧基硅烷、碱水溶液中的碱、水的物质的量比为0.011～0.055∶0.045～0.18∶0.0018～0.072∶1.03～5.15∶100，所述碱水溶液的质量浓度为10～30％。

所述的碱水溶液优选为26％～28％氨水溶液。

所述的羧基化介孔二氧化硅纳米粒载体材料制备方法，所述的后处理为：将反应液离心分离，依次用水、乙醇洗涤，去除洗涤剂后加入浓硫酸水溶液，105～110℃回流水解24～36h，水解完毕，反应液加水离心分离，去上清，沉淀干燥，制得羧基化介孔二氧化硅纳米粒载体材料。

进一步，所述的羧基化介孔二氧化硅纳米粒载体材料制备方法，按照以下步骤进行：(1)硅源制备：将四乙氧基硅烷与2-氰乙基三乙氧基硅烷按物质的量之比：1∶0.1～0.3配制成混合溶液；(2)将十六烷基三甲基溴化铵模板剂溶于水，加入26％～28％氨水溶液搅拌20min，升温至50～70℃，加入步骤(1)所制成的混合溶液，继续搅拌2h，60℃静置陈化24h；所述的十六烷基三甲基溴化铵、四乙氧基硅烷、2-氰乙基三乙氧基硅烷、氨水溶液中的NH₃、水的投料物质的量比为0.011～0.055∶0.045～0.135∶0.0045～0.0405∶1.03～5.15∶100；(3)反应结束将反应液离心分离，去上清液后依次用水、乙醇洗涤，去除洗涤剂后加入质量浓度为48％浓硫酸水溶液，95～110℃回流水解24h，水解完毕，反应液加水离心分离，去上清，沉淀干燥，制得羧基化介孔二氧化硅纳米粒载体材料。

本发明所述的水通常为纯水或超纯水。

与现有技术相比，本发明的有益效果主要体现在：本发明制得的羧基化介孔二氧化硅纳米粒载体材料，粒径分布均匀，平均40～200nm，孔径1～4nm，孔容为0.2～1.05cm³/g，分散性好，比表面积大，通过羧基亲水性和pH敏感性作用，提高了载药量，在低pH下释放快，降低了药物的毒副作用，具有广阔的应用前景；本发明操作简单，成本低，易于大规模生产，可以广泛应用于催化、分离、传感器与生物医药等领域，特别是应用于载药和药物控制释放领域。

(四)附图说明

图1是实施例1所制备的羧基化介孔二氧化硅纳米粒的透射电镜图谱；

图2是实施例1所制备的羧基化介孔二氧化硅纳米粒的氮气吸附-脱附等温线图谱；

图3是实施例1所制备的羧基化介孔二氧化硅纳米粒XRD图谱；

图4是实施例13所制备的负载阿霉素的羧基化介孔二氧化硅纳米粒的体外释药图谱。

(五)具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进行进一步描述，但本发明的保护范围并不仅限于此：

实施例1：

(1)硅源的制备：分别取2mL(0.009mol)的四乙氧基硅烷和0.4mL(0.0018mol)的2-氰乙基三乙氧基硅烷配置成混合溶液；

(2)将1.2g(0.0033mol)十六烷基三甲基溴化铵溶于180mL(10mol)超纯水中，加入28％氨水溶液5.5mL(0.28mol NH₃)，充分搅拌20min，升温到60℃，加入步骤(1)所制成的混合溶液，继续搅拌2h，60℃静置陈化24h，得到乳白色有蓝色荧光悬浊液；

(3)将步骤(2)制备的悬浊液离心分离(20000转，30min)，依次用200mL蒸馏水和200mL乙醇洗涤后，加入48％浓硫酸200mL，95～110℃回流水解24h，得到絮凝悬浊液，再次用200mL蒸馏水离心洗涤后，沉淀室温真空干燥成粉末，即得羧基化的纳米介孔二氧化硅，并进行透射电镜扫描(JEOL JEM-1200EX)，结果见图1；小角度XRD扫描(X′Pert PRO)，结果见图2，并进行氮气吸附-脱附等温检测(Quantachrome Autosorb-1-C，在77K下测定，样品测定前在200℃真空脱附6h，BET表面积与BJH孔径分布分别使用自带软件进行计算)，结果见图3。通过动态光散射粒径分析仪(Malvern Zetasizer Nano-S90)测试，粒子的平均粒径约80nm。根据氮气吸附数据的计算，粒子比表面积为657.9m²/g，孔径为2.27nm，孔容为0.75cm³/g。

实施例2：

同实施例1，将步骤(2)中氨水溶液的量改为2mL(0.103mol NH₃)，其他条件不变，得到羧基化的纳米介孔二氧化硅。平均粒径约50nm，比表面积为600.4m²/g，孔径为2.51nm，孔容为0.81cm³/g。

实施例3：

同实施例1，将步骤(2)中氨水的量改为10mL(0.515mol NH₃)，其他条件不变，得到羧基化的纳米介孔二氧化硅。平均粒径约190nm，比表面积为694.2m²/g，孔径为3.5nm，孔容为0.71cm³/g。

实施例4：

同实施例1，将步骤(1)中四乙氧基硅烷的量改为1mL(0.0045mol)，2-氰乙基三乙氧基硅烷的量改为0.04mL(0.00018mol)，其他条件不变，得到羧基化的纳米介孔二氧化硅。平均粒径约70nm，比表面积为1130.5m²/g，孔径为3.7nm，孔容为1.02cm³/g。

实施例5：

同实施例1，将步骤(1)中四乙氧基硅烷的量改为4mL(0.018mol)，2-氰乙基三乙氧基硅烷的量改为1.6mL(0.0072mol)，其他条件不变，得到羧基化的纳米介孔二氧化硅。平均粒径约72nm，比表面积为145.2m²/g，孔径为1.22nm，孔容为0.21cm³/g。

实施例6：

同实施例1，将步骤(1)中四乙氧基硅烷的量改为3mL(0.0135mol)，2-氰乙基三乙氧基硅烷的量改为0.9mL(0.00405mol)，其他条件不变，得到羧基化的纳米介孔二氧化硅。平均粒径约80nm，比表面积为528.6m²/g，孔径为2.47nm，孔容为0.62cm³/g。

实施例7：

同实施例1，将步骤(1)中四乙氧基硅烷的量改为4mL(0.018mol)，2-氰乙基三乙氧基硅烷的量改为0.4mL(0.0018mol)，其他条件不变，得到羧基化的纳米介孔二氧化硅。平均粒径约90nm，比表面积为1034.6m²/g，孔径为3.5nm，孔容为0.93cm³/g。

实施例8：

同实施例1，将步骤(2)中十六烷基三甲基溴化铵的量改为2.0g(0.0055mol)，其他条件不变，得到羧基化的纳米介孔二氧化硅。平均粒径约100nm，比表面积为664.0m²/g，孔径为2.18nm，孔容为0.83cm³/g。

实施例9：

同实施例1，将步骤(2)中十六烷基三甲基溴化铵的量改为0.4g(0.0011mol)，其他条件不变，得到羧基化的纳米介孔二氧化硅。平均粒径约100nm，比表积为584.2m²/g，孔径为2.78nm，孔容为0.90cm³/g。

实施例10：

同实施例1，将步骤(2)中十六烷基三甲基溴化铵的量改为0.8g(0.0022mol)，其他条件不变，得到羧基化的纳米介孔二氧化硅。平均粒径约90nm，比表面积为563.4m²/g，孔径为3.0nm，孔容为0.86cm³/g。

实施例11：

同实施例1，将步骤(2)中温度改为40℃，其他条件不变，得到羧基化的纳米介孔二氧化硅。平均粒径约70nm，比表面积为880.4m²/g，孔径为2.6nm，孔容为0.69cm³/g。

实施例12：

同实施例1，将步骤(2)中温度改为80℃，其他条件不变，得到羧基化的纳米介孔二氧化硅。平均粒径约65nm，比表面积为624.0m²/g，孔径为2.8nm，孔容为0.65cm³/g。

实施例13：负载阿霉素的羧基化纳米介孔二氧化硅纳米粒的制备

精密称取盐酸阿霉素10.0mg至10mL容量瓶中，用纯水溶解并定容，配制成1mg/mL的阿霉素溶液。取阿霉素溶液5mL置于西林瓶中，加入10mg羧基化纳米介孔二氧化硅溶解，在常温下搅拌24h，即得负载阿霉素的羧基化纳米介孔二氧化硅纳米粒溶液，冻干，得粉末。

实施例14：负载阿霉素的羧基化纳米介孔二氧化硅纳米粒的体外释放

选取pH值7.4、6.5、5.0的PBS缓冲溶液作为释放介质，考察实施例13制得的负载阿霉素的羧基化纳米介孔二氧化硅纳米粒的体外释药行为。将实施例13所制备的阿霉素纳米粒粉末分别溶于pH为7.4、6.5、5.0的PBS缓冲溶液释放介质中，配制成质量浓度为1mg/mL的溶液，分别吸取1mL溶液于透析袋(MWCO＝14000)中，再将透析袋分别置于20mLpH值为7.4、6.5、5.0的PBS释放介质中，在37℃下，恒温振荡(100rpm/min)进行体外释放考察。间隔0.5h、1h、2h、4h、6h、8h、12h、24h、48h、72h取样，取样时将20mL释放介质全部倒出，并补充20mL新鲜介质。由UV-Vis分光光度计测定每个时间点的释放介质在483nm处的吸光度，根据阿霉素标准曲线计算每个时间点的释放介质中阿霉素的浓度，按公式(1)计算阿霉素的累积释放百分比：

$Q_n=\frac{C_{n}V+\underset{i=0}{\overset{n-1}{\mathrm{\Σ}}}{V}_i{C}_i}{W_0}$ 公式(1)

公式(1)中C_n：第n个时间点所取样品浓度；V：释放介质总体积；C_i：第i个时间点所取样品浓度；V_i：第i个时间点的取样体积；W₀：投药量。

每组三个平行样，计算后取平均值，结果如图4所示。从图4看出，粒子具有明显的pH敏感性，在pH7.4的环境中释放较缓慢且不完全，而在弱酸性条件下，随着pH值的增加，释放逐渐加快且趋于完全。

Claims (6)

1.一种羧基化介孔二氧化硅纳米粒载体材料，其特征在于所述的羧基修饰介孔二氧化硅纳米载体材料由纳米介孔二氧化硅颗粒组成，所述纳米介孔二氧化硅颗粒的平均直径为40～200nm，比表面积为145～1150m²/g，介孔尺寸为1～4nm，孔容为0.2～1.05cm³/g，所述的羧基修饰介孔二氧化硅纳米载体材料按如下方法制得：载体材料以十六烷基三甲基溴化铵为模板剂，与硅源、碱水溶液及水，在40～80℃条件恒温高速搅拌下共聚而成；所述硅源为四乙氧基硅烷与2-氰乙基三乙氧基硅烷的混合溶液，所述的四乙氧基硅烷与2-氰乙基三乙氧基硅烷的物质的量之为1∶0.04～0.4；所述碱溶液为氨水溶液。

2.如权利要求1所述的羧基化介孔二氧化硅纳米粒载体材料，其特征在于所述的十六烷基三甲基溴化铵、四乙氧基硅烷、2-氰乙基三乙氧基硅烷、碱水溶液中的碱、水的投料物质的量比为0.011～0.055∶0.045～0.18∶0.0018～0.072∶1.03～5.15∶100，所碱水溶液的质量浓度为10～30％。

3.一种制备如权利要求1所述的羧基化介孔二氧化硅纳米粒载体材料的方法，其特征在于所述的方法按照以下步骤进行：(1)硅源的制备：将组方量的四乙氧基硅烷与2-氰乙基三乙氧基硅烷配制成混合溶液；(2)将十六烷基三甲基溴化铵模板剂溶于水，加入碱水溶液搅拌10～30min，升温至40～80℃，加入步骤(1)制成的混合溶液，再继续搅拌1～3h，40～80℃静置陈化24～48h，反应结束制得反应液，将反应液后处理制得羧基化介孔二氧化硅纳米粒载体材料；所述的十六烷基三甲基溴化铵、四乙氧基硅烷、2-氰乙基三乙氧基硅烷、碱水溶液中的碱、水的物质的量比为0.011～0.055∶0.045～0.18∶0.0018～0.072∶1.03～5.15∶100，所述碱水溶液的质量浓度为10～30％。

4.如权利要求3所述的羧基化介孔二氧化硅纳米粒载体材料制备方法，其特征在于所述的碱水溶液为26％～28％氨水溶液。

5.如权利要求3所述的羧基化介孔二氧化硅纳米粒载体材料制备方法，其特征在于所述的后处理为：将反应液离心分离，去上清液后依次用水、乙醇离心洗涤，去除洗涤剂后加入浓硫酸水溶液，105～110℃回流水解24～36h，水解完毕，反应液加水离心分离，去上清，沉淀干燥，制得羧基化介孔二氧化硅纳米粒载体材料。

6.如权利要求3所述的羧基化介孔二氧化硅纳米粒载体材料制备方法，其特征在于所述的方法按照以下步骤进行：(1)硅源制备：将四乙氧基硅烷与2-氰乙基三乙氧基硅烷按物质的量之比：1∶0.1～0.3配制成混合溶液；(2)将十六烷基三甲基溴化铵模板剂溶于水，加入26％～28％氨水溶液搅拌20min，升温至50～70℃，加入步骤(1)所制成的混合溶液，继续搅拌2h，60℃静置陈化24h；所述的十六烷基三甲基溴化铵、四乙氧基硅烷、2-氰乙基三乙氧基硅烷、氨水溶液中的NH₃、水的投料物质的量比为0.011～0.055∶0.045～0.135∶0.0045～0.0405∶1.03～5.15∶100；(3)反应结束将反应液离心分离，去上清液后依次用水、乙醇洗涤，去除洗涤剂后加入质量浓度为48％浓硫酸水溶液，95～110℃回流水解24h，水解完毕，反应液加水离心分离，去上清，沉淀干燥，制得羧基化介孔二氧化硅纳米粒载体材料。

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