CN102416180B - 一种功能集成药物载体及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种功能集成药物载体及其制备方法，所述药物载体以空心的Fe3O4球为核，TiO2纳米管自组装形成壳，且在TiO2纳米管上吸附有CdTe量子点。该复合纳米粒子呈现稳定性较高、磁性能好、荧光性稳定、药物缓释时间长，可以作为一种磁性药物载体应用于生物医药领域。
Description
技术领域
本发明属于纳米材料制备技术领域，尤其涉及一种功能集成药物载体及其制备方法。
背景技术
在治疗癌症这类棘手的疾病领域中，实现药物传递的高效、安全运输是促进患者早日康复的关键。无论是通过局部定向传递还是利用体内循环作用于全身各部位，临床应用的药物需要达到既无明显的毒副作用，又能在最小剂量范围内发挥药效（公开号101024157）。
具有多级孔道结构的磁性无机空心纳米颗粒因其具备特殊的磁性靶向运输性质，在生物医学及磁性材料等领域得到广泛的研究与应用（Angew. Chem. Int. Ed. 47卷, 8924 –8928页，2008年）。该类型的核壳颗粒由于具有制备简单、生物毒性低、比表面积大、表面官能团易修饰等特性而受到人们大量的研究。
现有的磁性无机空心纳米颗粒结构简单，功能单一，仅仅具备单一的药物靶向运输功能，这并不能实现药物传递的高效、安全运输，而且暴露在外的磁性Fe3O4容易被腐蚀，这既减少了其磁性能，也会受体造成伤害。
因此，一个高效的药物载体，不仅需要实现药物的靶向运输，同时还应跟踪标记运输过程中药物分子，并控制药物释放，使其在药物传递过程中减少损失，在病灶部位长时间释放。这样才能真正实现药物分子的高效、安全运输。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术的不足，在制备核壳结构材料的基础上，将控制药物释放，靶向运输和荧光标记三种功能结合在同一空心载体。
本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：一种功能集成药物载体，它是空心Fe3O4TiO2CdTe复合颗粒，粒径为200-600纳米，内层为空心Fe3O4微球，壳层厚度在10-30纳米可调；外层为空心TiO2微球，壳层厚度在30-60纳米可调；CdTe吸附在复合颗粒表面，粒径为5-10纳米。
上述功能集成药物载体的制备方法，包括以下步骤：
（1）模板法制备纳米SiO2 Fe3O4核壳结构：将0.1g SiO2超声分散在15ml乙二醇和185ml水的混合溶液中，超声15分钟后，通入3分钟N2，N2的流量为75sccm，并在N2保护下加入100ml FeCl2水溶液，FeCl2浓度为0.02-0.06 mol/l，磁力搅拌， 80℃水浴1h；最后用蒸馏水和乙醇交叉清洗3次；可制得纳米SiO2 Fe3O4核壳结构，其中，Fe3O4壳层的厚度为10-30nm；
（2）制备纳米SiO2Fe3O4SiO2核壳结构：将0.1g步骤1中制备的SiO2Fe3O4核壳结构分散在72ml水、240ml无水乙醇和12ml氨水的混合液中，随后60℃水浴搅拌15min；加入原硅酸乙酯，使原硅酸乙酯含量为0.1-0.5mol/l，继续反应2h，最后产物用无水乙醇，去离子水清洗两次；得到纳米SiO2Fe3O4SiO2核壳结构，其中，SiO2壳层的厚度为10-50nm；
（3）制备空心Fe3O4 TiO2核壳结构：将0.1g步骤2中制备的SiO2Fe3O4SiO2核壳结构，分散于200mL乙醇中，加入1.5ml氨水后，水浴60℃搅拌15分钟后，滴加2-4ml钛酸四丁酯和100ml无水乙醇溶液的混合溶液，反应2h后，离心分离，然后用无水乙醇，去离子水分别清洗2次，制得SiO2Fe3O4SiO2TiO2复合微球，其中， TiO2壳层的厚度为20-50nm；将0.1g上述制备的SiO2Fe3O4 SiO2TiO2复合微球分散于10ml 1mol/L的氢氧化钠的溶液中, 并转移到水热反应釜中，80-120℃下水热反应1-3h；得到空心Fe3O4TiO2核壳结构；
（4）制备空心Fe3O4TiO2CdTe复合颗粒：将0.1g步骤3中制备的空心Fe3O4TiO2核壳结构加入到50ml PDDA中搅拌1h后，用去离子水清洗三次以去除多余的PDDA；随后加入制备好的量子点溶液15ml；搅拌混合2h后，离心去除未吸附上的量子点；用去离子水和无水乙醇各清洗三次后，得到空心Fe3O4TiO2CdTe复合颗粒。
本发明具有以下技术效果：
1、原料易得，制备过程简单，重复率高，适合工业生产。
2、多级空心结构，比表面积较大，表面可进行多种官能团接枝改性，且空心部分体积及壳层厚度可控，
3、集靶向运输、荧光标记和药物缓释控制三种功能为一体，实现药物高效、安全的运输。
附图说明
图1是不同条件下产物扫描电镜（SEM）图，图中，（a）是SiO2 ，（b）是 SiO2Fe3O4，（c）是SiO2Fe3O4SiO2， （d）是SiO2Fe3O4SiO2TiO2， （e）是空心Fe3O4TiO2，（f）是空心Fe3O4TiO2CdTe。
图2是产物透射电镜（TEM）图，图中，（a）是空心Fe3O4TiO2，（b）是空心TiO2纳米管，（c）是空心Fe3O4TiO2CdTe， （d）是负载有CdTe量子点的空心TiO2纳米管。
图3是空心Fe3O4TiO2CdTe磁性复合颗粒氮气吸附曲线。
图4是空心Fe3O4TiO2CdTe磁性复合颗粒的磁滞回线。
图5 是不同产物红外光谱图，图中，（a）是空心Fe3O4TiO2CdTe，（b）是空心IBU–Fe3O4TiO2CdTe，（c）是IBU。
图6是外加磁场对空心Fe3O4TiO2CdTe磁性复合颗粒缓释行为的影响图；图中，（a）是外加磁场作用，（b）是静置。
具体实施方式
本发明功能集成药物载体为空心Fe3O4TiO2CdTe复合颗粒，粒径为200-600纳米，内层为空心Fe3O4微球，壳层厚度在10-30纳米可调。外层为空心TiO2微球，壳层厚度在30-60纳米可调。CdTe吸附在复合颗粒表面，粒径为5-10纳米，在紫外光照射下发光，且发光波长可调。样品为棕褐色粉末，比表面积170m2/g，饱和磁化强度12.8emu/g，药物缓释时间长达24h。
本发明功能集成药物载体的制备方法，包括以下步骤：
1、模板法制备纳米SiO2 Fe3O4核壳结构：将0.1g SiO2超声分散在15ml乙二醇和185ml水的混合溶液中，超声15分钟后，通入3分钟N2，N2的流量为75sccm，并在N2保护下加入100ml FeCl2水溶液，FeCl2浓度为0.02-0.06 mol/l，磁力搅拌， 80℃水浴1h。最后用蒸馏水和乙醇交叉清洗3次。可制得纳米SiO2 Fe3O4核壳结构，其中，Fe3O4壳层的厚度为10-30nm。
2、制备纳米SiO2Fe3O4SiO2核壳结构：将0.1g步骤1中制备的SiO2Fe3O4核壳结构分散在72ml水、240ml无水乙醇和12ml氨水的混合液中，随后60℃水浴搅拌15min。加入原硅酸乙酯，使原硅酸乙酯含量为0.1-0.5mol/l，继续反应2h，最后产物用无水乙醇，去离子水清洗两次。得到纳米SiO2Fe3O4SiO2核壳结构，其中，SiO2壳层的厚度为10-50nm。
3、制备空心Fe3O4 TiO2核壳结构：将0.1g步骤2中制备的SiO2Fe3O4SiO2核壳结构，分散于200mL乙醇中，加入1.5ml氨水后，水浴60℃搅拌15分钟后，滴加2-4ml钛酸四丁酯和100ml无水乙醇溶液的混合溶液，反应2h后，离心分离，然后用无水乙醇，去离子水分别清洗2次，制得SiO2Fe3O4SiO2TiO2复合微球，其中， TiO2壳层的厚度为20-50nm。将0.1g上述制备的SiO2Fe3O4 SiO2TiO2复合微球分散于10ml 1mol/L的氢氧化钠的溶液中, 并转移到水热反应釜中，80-120℃下水热反应1-3h。得到空心Fe3O4TiO2核壳结构。
4、制备空心Fe3O4TiO2CdTe复合颗粒：将0.1g步骤3中制备的空心Fe3O4TiO2核壳结构加入到50ml PDDA中搅拌1h后，用去离子水清洗三次以去除多余的PDDA。随后加入制备好的量子点溶液15ml。搅拌混合2h后，离心去除未吸附上的量子点。用去离子水和无水乙醇各清洗三次后，得到空心Fe3O4TiO2CdTe复合颗粒。
PDDA为聚二烯丙基二甲基胺盐酸盐，分子量为100000-200000。
量子点溶液的制备如下：氯化镉0.22g，柠檬酸钠0.6g，巯基丙酸0.21ml, 水300 ml，加入500 ml三口烧瓶中，用1mol/L的氢氧化钠调节溶液pH值为10.0，随后加入亚碲酸钠0.0534g，110℃加热10 min，搅拌下加入水和肼6.0 ml，持续加热制备CdTe纳米晶。得到的产物加入乙二醇放置一小时后沉淀，再用丙酮清洗离心干燥后置于50ml水中保存。
下面根据附图和实施例详细描述本发明，本发明的目的和效果将变得更加明显。
实施例1
不同FeCl2浓度对制备纳米SiO2 Fe3O4核壳结构的影响
模板法制备纳米SiO2 Fe3O4核壳结构：将0.1g SiO2超声分散在15ml乙二醇和185ml水的混合溶液中，超声15分钟后，通入3分钟N2，N2的流量为75sccm，并在N2保护下加入100ml FeCl2水溶液，FeCl2浓度为0.02-0.06 mol/l，磁力搅拌，80℃水浴1h。最后用蒸馏水和乙醇交叉清洗3次。可制得纳米SiO2 Fe3O4核壳结构。
实验证明，当FeCl2浓度为0.02-0.06 mol/l时，均可制得较好球形形貌的纳米SiO2 Fe3O4核壳结构，且当FeCl2浓度0.02 mol/l时，制得的Fe3O4壳层的厚度为10nm，当FeCl2浓度0.06 mol/l时，制得的Fe3O4壳层的厚度为30nm。
实施例2
不同原硅酸乙酯浓度对制备纳米SiO2Fe3O4SiO2核壳结构的影响
将0.1g模板法制备的SiO2Fe3O4核壳结构分散在72ml水、240ml无水乙醇和12ml氨水的混合液中，随后60℃水浴搅拌15min。加入原硅酸乙酯，使原硅酸乙酯含量为0.1-0.5mol/l，继续反应2h，最后产物用无水乙醇，去离子水清洗两次。得到纳米SiO2Fe3O4SiO2核壳结构。
实验证明，当原硅酸乙酯浓度为0.1-0.5mol/l时，均可制得较好球形形貌的纳米SiO2Fe3O4SiO2核壳结构，且当原硅酸乙酯浓度为0.1mol/l时，制得的SiO2壳层的厚度为10nm，当原硅酸乙酯浓度为0.5mol/l时，制得的SiO2壳层的厚度为50nm。
实施例3
不同钛酸四丁酯浓度对制备纳米SiO2Fe3O4 SiO2TiO2核壳结构的影响
将0.1g步骤2中制备的SiO2Fe3O4SiO2核壳结构，分散于200mL乙醇中，加入1.5ml氨水后，水浴60℃搅拌15分钟后，滴加2-4ml钛酸四丁酯和100ml无水乙醇溶液的混合溶液，反应2h后，离心分离，然后用无水乙醇，去离子水分别清洗2次，制得SiO2Fe3O4 SiO2TiO2复合微球。
实验证明，当钛酸四丁酯浓度为0.1-0.5mol/l时，均可制得较好球形形貌的纳米SiO2Fe3O4 SiO2TiO2复合微球，且当钛酸四丁酯浓度为0.1mol/l时，制得的TiO2壳层的厚度为20nm，当钛酸四丁酯浓度为0.5mol/l时，制得的TiO2壳层的厚度为50nm。
实施例4
不同水热反应时间及温度对制备空心Fe3O4 TiO2核壳结构的影响
将0.1g上述制备的SiO2Fe3O4 SiO2TiO2复合微球分散于10ml 1mol/L的氢氧化钠的溶液中, 并转移到水热反应釜中，80-120℃下水热反应1-3h。得到空心Fe3O4TiO2核壳结构。
实验证明，在条件水热反应时间1-3h、水热反应温度80-120℃下，均可制备出具有较好球形形貌的空心Fe3O4TiO2核壳结构，且随反应时间的增加，反应温度的升高，TiO2纳米管的长度增加，壳层孔径增大。
实施例5
将0.1g空心Fe3O4TiO2CdTe磁性复合材料超声均匀分散在盛有100ml无水乙醇溶液的玻璃瓶中，在紫外灯照射下，观察其发光行为。另取一磁铁，靠近玻璃瓶，观察其磁行为。
实验证明，在365 nm 的紫外灯照射下，含有磁性颗粒的悬浊液颜色由棕色变为紫色。当没有外加磁场时，磁性复合材料能均匀地分散在乙醇中，当磁铁靠近玻璃瓶时，颗粒迅速被磁铁吸引，团聚到瓶底，把磁铁拿掉，将溶液剧烈晃动，磁性纳米颗粒可以快速地分散到乙醇溶液中，这显示纳米颗粒超顺磁性特征。
实施例6
外加磁场对空心Fe3O4TiO2CdTe磁性复合颗粒缓释行为的影响
0.1g空心Fe3O4TiO2CdTe磁性复合颗粒加入到三孔烧瓶中，减压2h至真空，另使用注射器加入30ml 40mg/ml的布洛芬乙醇溶液，室温下搅拌24h，离心，分离复合颗粒，80℃下晾干。将上述晾干的空心Fe3O4TiO2CeTe磁性复合颗粒加入到50ml PBS缓冲溶液（0.1M，pH 7.2～7.4）中，分别在磁力搅拌和溶液静置的情况下，每隔30min中从溶液中取出2ml反应液进行紫外分光光度测定，同时向溶液中加入相同体积的PBS缓冲溶液。在222nm波长下测定溶液吸光度。
实验证明，在外加磁场存在条件下，磁性复合颗粒可以实现对药物的缓释，在缓释开始时释放了38%的药物，这归因于多空TiO2壳层表面吸附的药物分子，同时，57%的布洛芬在剩下20h被释放。但是，在静置条件下，复合颗粒在缓释开始的23h内仅释放了6%的药物，这两种缓释行为的不同可能是由于在外加磁场作用下，复合颗粒内部的磁性Fe3O4核相对TiO2壳的运动加速了药物的释放，这证明了外加磁场能够作为一种磁性开关，来控制药物分子的释放，实现药物的缓释控制。
图1扫描电镜图片显示了不同反应阶段，各产物表面形貌以及粒径的变化。由图可看出，随壳层数的增加，微球的粒径逐渐增加，微球表面由平滑到粗糙到相对平滑到布满毛刺状TiO2纳米管。
图2透射电镜图片显示了空心微球的双层球壳结构，通过透射电镜直接观察到TiO2纳米管管径4nm左右，形状规则，中空，管壁较厚，长度几十到上百纳米。这样的中空管状结构比表面积大，有利于吸附其他粒径更小的有机及无机纳米粒子，为负载CdTe等粒子提供了较好的载体平台，同时也有利于药物缓释过程中药物分子的运输、释放。同时，CdTe量子点的大都呈现球状分布，大小约为 4.5 nm，分布在TiO2壳层表面，存在很少部分的团聚现象。从高分辨 TEM 图可知，所得CdTe纳米晶体结晶度较好，出现了明显的晶格条纹。
图3氮气吸附曲线显示了空心Fe3O4TiO2CdTe磁性复合颗粒的氮气吸附-脱附等温线属于典型的 Langmuir IV 型等温线，这说明了材料的介孔性特征，迟滞环形状归属于H3型, 说明该样品为介孔材料 ,且孔结构是狭缝状孔道，此孔道结构可能是由TiO2纳米管自组装形成的。测得的比表面积大小为183.4 m2/g，孔径大小为4.22nm，载体空心双层海胆状结构具有较大的比表面积，这种结构所提供的多级孔道为药物分子的吸附传递提供较多的活性位点。
图4磁滞回线显示了空心Fe3O4TiO2CdTe磁性复合颗粒超顺磁性特征，其饱和磁化强度为12.8emu/g，超顺磁性特征有利于药物的靶向运输。
图5红外光谱显示了个官能团的特征峰，证明了空心Fe3O4TiO2CdTe磁性复合颗粒具有载药性。
图6显示了有无外加磁场作用下空心Fe3O4TiO2CdTe磁性复合颗粒的缓释行为，证明了外加磁场能够加速药物分子的释放，实现药物的缓释控制。
Claims (2)
1.一种功能集成药物载体，其特征在于，它是空心Fe3O4TiO2CdTe复合颗粒，粒径为200-600纳米，内层为空心Fe3O4微球，壳层厚度在10-30纳米可调；外层为空心TiO2微球，壳层厚度在30-60纳米可调；CdTe吸附在复合颗粒表面，粒径为5-10纳米。
2.一种权利要求1所述功能集成药物载体的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
（1）模板法制备纳米SiO2 Fe3O4核壳结构：将0.1g SiO2超声分散在15ml乙二醇和185ml水的混合溶液中，超声15分钟后，通入3分钟N2，N2的流量为75sccm，并在N2保护下加入100ml FeCl2水溶液，FeCl2浓度为0.02-0.06 mol/l，磁力搅拌， 80℃水浴1h；最后用蒸馏水和乙醇交叉清洗3次；可制得纳米SiO2 Fe3O4核壳结构，其中，Fe3O4壳层的厚度为10-30nm；
（2）制备纳米SiO2Fe3O4SiO2核壳结构：将0.1g步骤（1）中制备的SiO2Fe3O4核壳结构分散在72ml水、240ml无水乙醇和12ml氨水的混合液中，随后60℃水浴搅拌15min；加入原硅酸乙酯，使原硅酸乙酯含量为0.1-0.5mol/l，继续反应2h，最后产物用无水乙醇，去离子水清洗两次；得到纳米SiO2Fe3O4SiO2核壳结构，其中，SiO2壳层的厚度为10-50nm；
（3）制备空心Fe3O4 TiO2核壳结构：将0.1g步骤（2）中制备的SiO2Fe3O4SiO2核壳结构，分散于200mL乙醇中，加入1.5ml氨水后，水浴60℃搅拌15分钟后，滴加2-4ml钛酸四丁酯和100ml无水乙醇溶液的混合溶液，反应2h后，离心分离，然后用无水乙醇，去离子水分别清洗2次，制得SiO2Fe3O4SiO2TiO2复合微球，其中， TiO2壳层的厚度为20-50nm；将0.1g上述制备的SiO2Fe3O4 SiO2TiO2复合微球分散于10ml 1mol/L的氢氧化钠的溶液中, 并转移到水热反应釜中，80-120℃下水热反应1-3h；得到空心Fe3O4TiO2核壳结构；
（4）制备空心Fe3O4TiO2CdTe复合颗粒：将0.1g步骤（3）中制备的空心Fe3O4TiO2核壳结构加入到50ml PDDA中搅拌1h后，用去离子水清洗三次以去除多余的PDDA；随后加入制备好的量子点溶液15ml；搅拌混合2h后，离心去除未吸附上的量子点；用去离子水和无水乙醇各清洗三次后，得到空心Fe3O4TiO2CdTe复合颗粒；
所述PDDA为聚二烯丙基二甲基胺盐酸盐，分子量为100000-200000；
所述量子点溶液的制备过程如下：氯化镉0.22g、柠檬酸钠0.6g、巯基丙酸0.21ml和水300 ml加入500 ml三口烧瓶中，用1mol/L的氢氧化钠调节溶液pH值为10.0，随后加入亚碲酸钠0.0534g，110℃加热10 min，搅拌下加入水和肼6.0 ml，持续加热制备CdTe纳米晶；得到的产物加入乙二醇放置一小时后沉淀，再用丙酮清洗离心干燥后置于50ml水中保存。
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