CN102786061A - 一种中空介孔二氧化硅纳米粒子的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种中空介孔二氧化硅纳米粒子的制备方法，包括：以两亲嵌段共聚物在水溶液中的球形聚集体及阳离子表面活性剂十六烷基三甲基溴化胺为双模板，以正硅酸乙酯为硅源，在碱性条件下，通过对硅源水解得到具有核壳结构的聚合物-氧化硅复合纳米粒子，然后通过煅烧去除模板，得到具有中空结构的介孔二氧化硅纳米粒子。本发明制备方法简单且反应条件温和，实验原料价格低廉，制备的介孔硅纳米粒子具有较高的比表面积、孔容量和良好的生物相容性。中空结构能够显著提高载药量，负载纳米金、纳米银、磁性氧化铁粒子、量子点和造影剂等，因而即可作为靶向药物释放载体，亦可用于磁共振影像分析，在癌症的诊断和治疗等领域具有良好的应用前景。

Description

一种中空介孔二氧化硅纳米粒子的制备方法
技术领域
本发明属于二氧化硅纳米粒子的制备领域，特别涉及一种中空介孔二氧化硅纳米粒子的制备方法。
背景技术
自1992年Mobil公司首次合成MCM系列介孔硅以来，因具有生物相容性好、比表面积大、比孔容大、孔径结构均一可调和表面易修饰等特点，介孔硅纳米粒子作为药物控释载体的潜能受到人们广泛关注。各种不同孔道结构、粒径、孔径和表面修饰的介孔硅纳米粒子先后被合成出来。但传统方法制备的介孔硅纳米粒子载药量受限、其内部难以复合其它功能材料如量子点、造影剂、磁性纳米粒子等，限制了其使用范围。因此，具有较大内腔的中空介孔硅纳米粒子的制备技术近来倍受青睐。如Chen等采用表面活性剂引导的碱性蚀刻技术制备了中空二氧化硅纳米粒子（Small2011,7,2935–2944），并用于基因释放。Liu等采用两亲嵌段共聚物PAA-b-PS和阳离子表面活性剂CTAB为双模板，控制PAA-b-PS和CTAB在溶液中形成杆状复合胶束，并最终制备了一种具有壳-芯结构的双介孔二氧化硅纳米粒子。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种中空介孔二氧化硅纳米粒子的制备方法；本发明操作简单、反应条件温和，实验原料价格低廉，经济性好；本发明制备的中空介孔硅纳米粒子具有密度小、比表面积大、载药量高、生物相容性好等特点，可以作为药物释放载体。通过在制备过程中加入其它功能材料如纳米金、纳米银、磁性氧化铁粒子、量子点和造影剂（如含钆化合物）等，可用于癌症的诊断（如造影和显影）和靶向治疗等领域。
本发明的一种中空介孔二氧化硅纳米粒子的制备方法，包括：
（1）将阳离子表面活性剂溶于水中，在搅拌条件下加入NH3·H2O，将阳离子表面活性剂溶液调节至碱性。
（2）将两亲嵌段聚合物溶于有机溶剂中配制成两亲嵌段聚合物溶液，在搅拌条件下将两亲嵌段聚合物溶液逐滴加入步骤（1）得到的表面活性剂的碱性溶液中，继续搅拌10-30min待两亲嵌段共聚物自组装为球形聚集体后得到两亲嵌段共聚物球形聚集体悬浮液，加入无水乙醇稀释，得到稀释液。
（3）将正硅酸乙酯（TEOS）用乙醇稀释后，逐滴加入步骤（2）所得的稀释液中，常温下搅拌反应12-48h。
（4）反应结束后离心收集沉淀，将沉淀在50-70℃的条件下干燥处理1-5h，经500-700℃的高温煅烧处理5-7h,即得中空介孔硅纳米粒子。
所述步骤（1）中的阳离子表面活性剂为十六烷基三甲基溴化铵，浓度为1.5-3.0mg/ml。
所述步骤（1）中的阳离子表面活性剂溶液的pH值为8-12，每100ml溶液加入NH3·H2O的量为2-5ml，NH3·H2O中氨的质量百分含量为25%-28%。
所述步骤（2）中的有机溶剂为四氢呋喃、N,N-二甲基甲酰胺或二甲基亚砜等与水互溶的有机溶剂。
所述步骤（2）中的两亲嵌段共聚物由亲水链段和疏水链段组成，亲水链段为聚乙二醇（PEG）、聚环氧乙烷（PEO）、聚丙烯酸（PAA）等；疏水链段为聚甲基丙烯酸甲酯PMMA、聚乳酸（PLA）、聚己内酯（PCL）、聚丙烯酸甲酯（PMA）、聚苯乙烯（PS）、聚赖氨酸（PLys）等，以上亲水和疏水链段组合成的两亲型嵌段共聚物为嵌段式聚醚、聚丙烯酸-block-聚苯乙烯（PAA-b-PS）、聚丙烯酸甲酯-block-聚苯乙烯（PMA-b-PS）、聚环氧乙烷-block-聚苯乙烯（PEO-b-PS）、聚环氧乙烷-block-聚甲基丙烯酸甲酯（PEO-b-PMMA）、聚乙二醇-block-聚乳酸（PEG-b-PLA）、聚乙二醇-block-聚己内酯（PEG-b-PCL）或聚乙二醇-block-聚赖氨酸（PEG-b-PLys）。任何能够在水溶液中自组装为球形聚集体形态的两亲型嵌段共聚物均可以作为本发明中所使用的模板来合成具有中空结构的介孔硅纳米粒子。
所述步骤（2）中的两亲嵌段共聚物与有机溶剂的质量体积比为0.08-2.0g：100ml，每100ml两亲嵌段共聚物球形聚集体悬浮液用50-200ml的乙醇进行稀释。
所述步骤（3）中的正硅酸乙酯TEOS与阳离子表面活性剂的质量比为2:1-5:1，然后用无水乙醇稀释5-20倍。
所述步骤（1）-（3）中的搅拌速度为200-500r/min。
所述步骤（4）中的中空介孔硅纳米粒子的粒径为20-1000nm，比表面积为500-1500m2/g，平均孔径为2-50nm。
有益效果
（1）本发明操作简单、反应条件温和，实验原料价格低廉，经济性好；
（2）本发明制备的中空介孔硅纳米粒子具有密度小、比表面积大、载药量高、生物相容性好等特点，可以作为药物释放载体。通过在制备过程中加入其它功能材料如纳米金、纳米银、磁性氧化铁粒子、量子点和造影剂（如含钆化合物）等，可用于癌症的诊断（如造影和显影）和靶向治疗等领域。
附图说明
图1是实施例1、2所得产物的场发射扫描电镜（SEM）照片，(a)为实施例1所得中空介孔硅纳米粒子SEM照片，(b)为实施例2所得中空介孔硅纳米粒子SEM照片；
图2是实施例1、2所得产物的小角度X-射线衍射图，(a)为实施例1所得中空介孔硅纳米粒子的X-射线衍射图，(b)为实施例2所得中空介孔硅纳米粒子的X-射线衍射图；
图3是实施例1是所用到的聚合物PS34-b-PAA4在悬浮液中的聚集体球形形态的场发射扫描电镜照片；
图4是实施例1所得产物中空介孔硅的粒径分布图，平均粒径为290nm；
图5是实施例2所得产物中空介孔硅的透射电镜照片；
图6是实施例2所得产物中空介孔硅的氮气吸附曲线；
图7是实施例2所得产物中空介孔硅的孔径分布。
具体实施方式
下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。
实施例1
以两亲聚合物PAA4-b-PS34聚集体为模板制备中空介孔硅
（1）称取0.2g十六烷基三甲基溴化铵溶于80ml纯水中，在磁力搅拌器上400r/min搅拌条件下，加入3ml NH3·H2O。
（2）在400r/min搅拌条件下，称取0.08g两亲嵌段聚合物PS34-b-PAA4溶于16ml四氢呋喃THF中，待其完全溶解后，逐滴加入步骤（1）所得的溶液中，在400r/min搅拌条件下继续搅拌10min，加入160ml无水乙醇稀释，得到稀释液。
（3）吸取0.6g即0.603ml的正硅酸乙酯TEOS于10ml乙醇进行稀释，之后逐滴加入步骤（2）所得的稀释液中，常温下400r/min搅拌反应24h。
（4）反应结束，离心，将沉淀物在50℃的条件下干燥处理1.5h,而后在温度为550℃的条件下煅烧处理6h,即得中空介孔硅纳米粒子。
实施例2
以两亲聚合物PAA4-b-PS58聚集体为模板制备中空介孔硅
（1）称取0.2g十六烷基三甲基溴化铵溶于80ml纯水中，在磁力搅拌器上400r/min搅拌条件下，加入3ml NH3·H2O。
（2）在400r/min搅拌条件下，称取0.1g两亲嵌段聚合物PS58-b-PAA4溶于16ml四氢呋喃中，待其完全溶解后，逐滴加入步骤（1）所得的溶液中，在400r/min搅拌条件下继续搅拌10min，加入160ml无水乙醇稀释，得到稀释液。
（3）吸取0.6g即0.603ml的正硅酸乙酯TEOS于10ml乙醇进行稀释，之后逐滴加入步骤（2）所得的稀释液中，常温下400r/min搅拌反应24h。
（4）反应结束，离心，将沉淀物在50℃的条件下干燥处理1.5h，而后在温度为550℃的条件下煅烧处理6h,即得中空介孔硅纳米粒子。

Claims (10)

1.一种中空介孔二氧化硅纳米粒子的制备方法，包括：
（1）将阳离子表面活性剂溶于水中，在搅拌条件下加入NH3·H2O，将阳离子表面活性剂溶液调节至碱性；
（2）将两亲嵌段聚合物溶于有机溶剂中配制成两亲嵌段聚合物溶液，在搅拌条件下将两亲嵌段聚合物溶液逐滴加入步骤（1）得到的表面活性剂的碱性溶液中，继续搅拌10-30min后得到两亲嵌段共聚物球形聚集体悬浮液，加入无水乙醇稀释，得到稀释液；
（3）将正硅酸乙酯TEOS用乙醇稀释后，逐滴加入步骤（2）所得的稀释液中，常温下搅拌反应12-48h；
（4）反应结束后离心收集沉淀，将沉淀在50-70℃的条件下干燥处理1-5h，经500-700℃的高温煅烧处理5-7h，即得中空介孔硅纳米粒子。
2.根据权利要求1所述的一种中空介孔二氧化硅纳米粒子的制备方法，其特征在于，所述步骤（1）中的阳离子表面活性剂为十六烷基三甲基溴化铵，浓度为1.5-3.0mg/ml。
3.根据权利要求1所述的一种中空介孔二氧化硅纳米粒子的制备方法，其特征在于，所述步骤（1）中的阳离子表面活性剂溶液的pH值为8-12，每100ml溶液加入NH3·H2O的量为2-5ml，NH3·H2O中氨的质量百分含量为25%-28%。
4.根据权利要求1所述的一种中空介孔二氧化硅纳米粒子的制备方法，其特征在于，所述步骤（2）中的有机溶剂为四氢呋喃、N,N-二甲基甲酰胺或二甲基亚砜。
5.根据权利要求1所述的一种中空介孔二氧化硅纳米粒子的制备方法，其特征在于，所述步骤（2）中的两亲嵌段共聚物由亲水链段和疏水链段组成，亲水链段为聚乙二醇PEG、聚氧化乙烯PEO或聚丙烯酸PAA；疏水链段为聚甲基丙烯酸甲酯PMMA、聚乳酸PLA、聚己内酯PCL、聚丙烯酸甲酯PMA、聚苯乙烯PS或聚赖氨酸PLys。
6.根据权利要求5所述的一种中空介孔二氧化硅纳米粒子的制备方法，其特征在于，所述两亲嵌段共聚物为PAA4-b-PS34或PAA4-b-PS58。
7.根据权利要求1所述的一种中空介孔二氧化硅纳米粒子的制备方法，其特征在于，所述步骤（2）中的两亲嵌段共聚物与有机溶剂的质量体积比为0.08-2.0g：100ml，每100ml两亲嵌段共聚物球形聚集体悬浮液用50-200ml的乙醇进行稀释。
8.根据权利要求1所述的一种中空介孔二氧化硅纳米粒子的制备方法，其特征在于，所述步骤（3）中的正硅酸乙酯TEOS与阳离子表面活性剂的质量比为2:1-5:1，然后用无水乙醇稀释5-20倍。
9.根据权利要求1所述的一种中空介孔二氧化硅纳米粒子的制备方法，其特征在于，所述步骤（1）~（3）中的搅拌速度为200-500r/min。
10.根据权利要求1所述的一种中空介孔二氧化硅纳米粒子的制备方法，其特征在于，所述步骤（4）中的中空介孔硅纳米粒子的粒径为20-1000nm，比表面积为500-1500m2/g，平均孔径为2-50nm。
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