CN103386135A - 集磁性、荧光及热敏于一体的多功能药物载体的制备方法 - Google Patents

集磁性、荧光及热敏于一体的多功能药物载体的制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种集磁性、荧光及热敏于一体的多功能药物载体的制备方法，该载体结构以接枝了聚(N-异丙基丙烯酰胺)的壳聚糖微球为本体，内部交联了多孔硅纳米粒子，该纳米粒子中包封了超顺磁性纳米颗粒和无机量子点，形成了以负载了磁粒子和量子点的多孔硅纳米粒为核，聚(N-异丙基丙烯酰胺)接枝的壳聚糖为壳的复合微球载体。该载体可负载抗癌药物在聚合物壳层网络中，在特定的温度下有序地释放药物。与现有技术相比，本发明具有亲水性和生物相容性，可实现对抗癌药物的可控封装与释放，同时具有磁靶向和荧光示踪功能，在缓释材料、药物载体、催化剂载体及分离剂等生物、医药、材料等相关领域具有重要的研究与应用价值。

Description

集磁性、荧光及热敏于一体的多功能药物载体的制备方法
技术领域
本发明属于功能高分子材料技术领域，具体涉及集磁性、荧光及热敏性于一体的多功能药物载体及其制法。
背景技术
多功能药物载体是指通过巧妙的设计，在单一且稳定的体系中整合多个功能化载体材料，以达到特定目的，如延长血液循环时间、靶向作用、生理敏感性(温度或pH)、药物控制释放、同时负载治疗剂、显像剂或造影剂等。多功能药物载体可作为多种药物传递的有效平台，通过识别靶向细胞独特的表面信号与药物可控且有序的释放，使药物发挥协同增效作用，并具有显著降低药物的毒副作用，这对肿瘤的治疗显现出独特的优势。
肿瘤是目前威胁人类健康的重大疾病之一，治疗肿瘤主要有三种方法，即为放疗、化疗与手术治疗，但这三种方法均存在明显缺陷。肿瘤的非手术治疗方法包括放疗与化疗，但放射疗法与化学疗法在杀死肿瘤细胞的同时，也会严重损伤了人体的正常细胞。为了有效地治疗肿瘤，攻克肿瘤这一世界难题，广大科研工作者进行了大量的相关科学研究，并取得了一系列研究进展，尤其是发展一种多功能药物载体对于肿瘤治疗具有十分重要的研究价值。
近年来，有关多功能药物载体的研究报道呈现日益增多的趋势，特别是具有靶向和示踪功能的药物载体，在生物医药领域的应用价值非常显著。本发明旨在设计一种具有磁靶向和荧光示踪功能，且具有热敏控制药物释放行为和生物相容性的抗癌药物载体。选择壳聚糖微球为主要载体，接枝了温敏聚合物聚(N-异丙基丙烯酰胺)，包封了纳米磁粒子及量子点负载的多孔硅纳米粒，形成一种新型的多功能药物载体。该载体可负载抗癌药物(如阿霉素)并在特定的温度下有序释放，可实现肿瘤的靶向和控制给药，以及原位示踪或成像的治疗目的。
经检索国内外专利文献，广泛查阅国内外公开出版物，迄今为止，尚未见与本发明完全相同的技术方法。因此，本发明具有一定的新颖性和创造性；另外，本发明在治疗肿瘤中的有益效果，使得本发明具有广泛的实用性。
发明内容
本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种集磁性、荧光及热敏于一体的多功能药物载体的制备方法。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：集磁性、荧光及热敏于一体的多功能药物载体的制备方法，其特征在于，该方法具体包括以下步骤：
(1)溶解氯化铁、硫酸亚铁与硫代乙醇酸形成均质水溶液，保持磁力搅拌下升温至60～80℃，逐滴加入氢氧化钠溶液以调节反应体系至pH为7～8，制得大量黑色四氧化三铁微粒；
(2)在氮气氛，磁力搅拌及碱性水溶液中，碲粉与硼氢化钠反应，制备出碲氢化钠前驱体，然后加入到溶有氯化镉与巯基丙酸的混合水溶液中，在碱性条件下反应，制备出碲化镉量子点；
(3)将步骤(1)制备的磁粒子四氧化三铁微粒与步骤(2)制得的碲化镉量子点干粉分散在含有氯仿与表面活性剂(I)的水中，然后采用旋转蒸发法将氯仿和水份蒸发去除，得到表面活性剂(I)稳定的疏水性磁粒子与量子点；
(4)将步骤(3)制得的表面活性剂(I)稳定的疏水性磁粒子与量子点加入溶有氢氧化钠、乙酸乙酯及烷基硅(I)的水溶液中，在25～60℃和磁力搅拌下反应5～10h，然后进行离心分离，再用乙醇/水混合溶剂洗涤数次；
(5)将步骤(4)制备的样品加入溶有烷基硅(II)的乙醇中，在20～40℃和磁力搅拌下反应6～12h，产物进行离心，再用乙醇/水混合溶剂洗涤数次，得到负载了磁粒子和量子点的多功能多孔硅纳米粒；
(6)向溶有N-异丙基丙烯酰胺，壳聚糖与交联剂的水溶液中加入多孔硅纳米粒形成均质溶液，在20～90℃、磁力搅拌和氮气氛下反应，再加入溶有引发剂和表面活性剂(II)的水溶液，继续反应，最后产物进行离心、渗析，以得到目标产物；
(7)将阿霉素水溶液加入渗析后的目标产物中孵化，然后渗析以去除未载入的阿霉素，用磷酸缓冲溶液调节至pH为6～8，在20～42℃下用紫外分光光度法测定阿霉素的释放曲线。
步骤(1)中所述的氯化铁、硫酸亚铁与硫代乙醇酸的摩尔浓度比为1∶1∶2～3∶1∶4。
步骤(2)中所述的碲粉与硼氢化钠的摩尔比为1∶1～1∶5，所述的碲氢化纳、氯化镉与巯基乙酸摩尔浓度比为1∶5∶8～1∶10∶15，反应温度为60～90℃，体系pH为9～11。
步骤(3)中所述的磁粒子与量子点干粉用量均为5～10mg/L，表面活性剂(I)为溴代十六烷基三甲胺，其用量为50～100mg/L；所述的氯仿的用量为5～10％(体积百分数)。
步骤(4)中所述的烷基硅(I)为正硅酸乙酯，所述的氢氧化钠、乙酸乙酯及烷基硅(I)用量体积比为1～5∶5～10∶0.5～1，搅拌速率为100～300rpm；所述的表面活性剂(I)稳定的疏水性磁粒子与量子点的用量均为5～10mg/L。
步骤(5)中所述的烷基硅(II)为3-(三甲氧基甲硅烷基)丙基丙烯酸酯，所述样品在烷基硅(II)中的浓度为1-5mg/L。
步骤(6)中所述的N-异丙基丙烯酰胺，壳聚糖与交联剂用量的质量浓度比为0.1～1∶0.1～0.2∶0.005～0.02，多孔硅纳米粒的加入量为0.5～1g/L，表面活性剂(II)为十二烷基硫酸钠，其用量为5～10mg/L，引发剂为5～20mg/L，反应时间为6～12h，所述的交联剂为N，N-亚甲基双丙烯酰胺；所述的引发剂为过硫酸钾。
步骤(7)中所述的目标产物与阿霉素的用量均为1～5wt％。
与现有技术相比，本发明首先将超顺磁性纳米四氧化三铁粒子与荧光量子点包封在多孔硅中，形成功能化多孔硅纳米粒子，然后在其表面沉降聚合温敏聚合物接枝的壳聚糖凝胶壳层，以获得有机-无机杂化的复合微球，可用于多功能化的药物载体。与现有技术相比，本发明设计合理、工艺可行、反应易控制等优点，且制备产物具有集磁性、荧光、热敏及生物相容性于一体的多重性质，在药物控释、生物传感、化学分离等生物医用功能材料领域展现出广阔的应用前景。
附图说明
图1为多功能药物载体的制备及药物负载与释放示意图；
图2为多功能药物载体的透射电子显微镜照片；
图3为多功能药物载体的磁滞回线；
图4为多功能药物载体的紫外-可见吸收光谱与荧光发射光谱；
图5为多功能药物载体的流体力学尺寸随体系温度升高而减小的曲线；
图6为多功能药物载体在不同温度下随时间演化而释放阿霉素的曲线。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。
实施例1
一种集磁性、荧光及热敏性于一体的多功能药物载体的制备及药物负载与释放示意图参见图1，详细的制备步骤如下：将0.1mol氯化铁、0.1mol硫酸亚铁与0.2mol硫代乙醇酸溶于50mL去离子水，在磁力搅拌下升温至60℃，用NaOH溶液调节反应体系pH为7.0，得大量黑色四氧化三铁微粒，升温至80℃陈化30min，然后离心，洗涤，干燥，得干粉。在N2气氛，磁力搅拌及碱性水溶液中(pH 9.0)，加入摩尔比为1/2的碲粉/硼氢化钠，于80℃下反应0.5h后得深红色澄清液体，即为碲氢化钠前驱体，然后取部分快速加入氯化镉与谷胱甘肽的混合水溶液中，其中的碲氢化钠/氯化镉/谷胱甘肽摩尔比为1/5/8，在90℃下反应4h以制备碲化镉量子点。称取7.5mg磁粒子和5mg量子点分散在含1mL氯仿与50mg溴代十六烷基三甲铵的9mL去离子水中，在超声作用下形成均质溶液，然后在65℃下旋转蒸发去除氯仿与水，得溴代十六烷基三甲铵包覆的磁粒子和量子点。向上述纳米粒中加入含1mL正硅酸乙酯、5mL(2M)氢氧化钠、0.5mL乙酸乙酯的50mL去离子水中，在50℃和100rpm下反应6h。初产物离心，乙醇/水混合溶剂洗涤3次，再加入溶有50μL 3-(三甲氧基甲硅烷基)丙基丙烯酸酯的50mL无水乙醇中，于25℃下磁力搅拌反应6h。产物离心和乙醇/水混合溶剂洗涤3次，得负载了磁粒子和量子点的多孔硅纳米粒。称取1g多孔硅纳米粒悬浊液(1wt％)，加入溶有0.5g N-异丙基丙烯酰胺、0.1g壳聚糖、10mg N，N-亚甲基双丙烯酰胺的45mL去离子水中，在N2气氛、70℃和300rpm下反应0.5h，再加入溶有10mg过硫酸钾和5mg十二烷基硫酸钠的4mL去离子水中，继续反应6h，初产物离心、透析，得目标产物。配置1wt％的产物溶液，加入1wt％的阿霉素，用磷酸缓冲液调节pH为6.5，然后透析以去除为载入的阿霉素，在25℃下采用紫外分光光度法测定释放的阿霉素含量，绘制随时间演化而释放阿霉素的曲线。
采用透射电子显微镜观察目标产物的形貌与尺寸(参见图2)；采用振动样品磁强计测定目标产物的迟滞回线以确定其超顺磁性(参见图3)，采用紫外-可见吸收光谱和荧光发射光谱测定目标产物的荧光性质(参见图4)，采用动态光散射仪测定目标产物的流体力学尺寸与温度的关系(参见图5)；采用紫外-可见分光光度法测定目标产物在25℃时随时间演化而释放阿霉素的曲线(参见图6)。
实施例2
详细的制备步骤如下：将0.2mol氯化铁、0.1mol硫酸亚铁与0.3mol硫代乙醇酸溶于50mL去离子水，在磁力搅拌下升温至70℃，用NaOH溶液调节反应体系pH为7.5，得大量黑色四氧化三铁微粒，升温至80℃陈化30min，然后离心，洗涤，干燥，得干粉。在N2气氛，磁力搅拌及碱性水溶液中(pH10.0)，加入摩尔比为1/2的碲粉/硼氢化钠，于80℃下反应0.5h后得深红色澄清液体，即为碲氢化钠前驱体，然后取部分快速加入氯化镉与谷胱甘肽的混合水溶液中，其中的碲氢化钠/氯化镉/谷胱甘肽摩尔比为1/5/10，在85℃下反应4h以制备碲化镉量子点。称取5mg磁粒子和5mg量子点分散在含1mL氯仿与75mg溴代十六烷基三甲铵的9mL去离子水中，在超声作用下形成均质溶液，然后在65℃下旋转蒸发去除氯仿与水，得溴代十六烷基三甲铵包覆的磁粒子和量子点。向上述纳米粒中加入含2mL正硅酸乙酯、7.5mL(2M)氢氧化钠、0.75mL乙酸乙酯的50mL去离子水中，在55℃和200rpm下反应8h。初产物离心，乙醇/水混合溶剂洗涤3次，再加入溶有75μL 3-(三甲氧基甲硅烷基)丙基丙烯酸酯的50mL无水乙醇中，于37℃下磁力搅拌反应8h。产物离心和乙醇/水混合溶剂洗涤3次，得负载了磁粒子和量子点的多孔硅纳米粒。称取0.5g多孔硅纳米粒悬浊液(1wt％)，加入溶有0.25g N-异丙基丙烯酰胺、0.15g壳聚糖、5mg N，N-亚甲基双丙烯酰胺的45mL去离子水中，在N2气氛、70℃和300rpm下反应0.5h，再加入溶有10mg过硫酸钾和5mg十二烷基硫酸钠的4mL去离子水中，继续反应8h，初产物离心、透析，得目标产物。配置1wt％的产物溶液，加入2wt％的阿霉素，用磷酸缓冲液调节pH为7.0，然后透析以去除为载入的阿霉素，在37℃下采用紫外分光光度法测定释放的阿霉素含量，绘制随时间演化而释放阿霉素的曲线。目标产物性能表征同实施例1。
实施例3
详细的制备步骤如下：将0.3mol氯化铁、0.1mol硫酸亚铁与0.4mol硫代乙醇酸溶于50mL去离子水，在磁力搅拌下升温至80℃，用NaOH溶液调节反应体系pH为8.0，得大量黑色四氧化三铁微粒，升温至80℃陈化30min，然后离心，洗涤，干燥，得干粉。在N2气氛，磁力搅拌及碱性水溶液中(pH11.0)，加入摩尔比为1/2的碲粉/硼氢化钠，于80℃下反应0.5h后得深红色澄清液体，即为碲氢化钠前驱体，然后取部分快速加入氯化镉与谷胱甘肽的混合水溶液中，其中的碲氢化钠/氯化镉/谷胱甘肽摩尔比为1/10/12，在80℃下反应4h以制备碲化镉量子点。称取10mg磁粒子和5mg量子点分散在含1mL氯仿与100mg溴代十六烷基三甲铵的9mL去离子水中，在超声作用下形成均质溶液，然后在65℃下旋转蒸发去除氯仿与水，得溴代十六烷基三甲铵包覆的磁粒子和量子点。向上述纳米粒中加入含3mL正硅酸乙酯、10mL(2M)氢氧化钠、1mL乙酸乙酯的50mL去离子水中，在60℃和300rpm下反应10h。初产物离心，乙醇/水混合溶剂洗涤3次，再加入溶有100μL 3-(三甲氧基甲硅烷基)丙基丙烯酸酯的50mL无水乙醇中，于40℃下磁力搅拌反应12h。产物离心和乙醇/水混合溶剂洗涤3次，得负载了磁粒子和量子点的多孔硅纳米粒。称取0.2g多孔硅纳米粒悬浊液(1wt％)，加入溶有0.1g N-异丙基丙烯酰胺、0.1g壳聚糖、10mg N，N-亚甲基双丙烯酰胺的45mL去离子水中，在N2气氛、70℃和300rpm下反应0.5h，再加入溶有15mg过硫酸钾和10mg十二烷基硫酸钠的4mL去离子水中，继续反应12h，初产物离心、透析，得目标产物。配置1wt％的产物溶液，加入3wt％的阿霉素，用磷酸缓冲液调节pH为7.4，然后透析以去除为载入的阿霉素，在40℃下采用紫外分光光度法测定释放的阿霉素含量，绘制随时间演化而释放阿霉素的曲线。目标产物性能表征同实施例1。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (8)

1.集磁性、荧光及热敏于一体的多功能药物载体的制备方法，其特征在于，该方法具体包括以下步骤：
(1)溶解氯化铁、硫酸亚铁与硫代乙醇酸形成均质水溶液，保持磁力搅拌下升温至60～80℃，逐滴加入氢氧化钠溶液以调节反应体系至pH为7～8，制得大量黑色四氧化三铁微粒；
(2)在氮气氛，磁力搅拌及碱性水溶液中，碲粉与硼氢化钠反应，制备出碲氢化钠前驱体，然后加入到溶有氯化镉与巯基丙酸的混合水溶液中，在碱性条件下反应，制备出碲化镉量子点；
(3)将步骤(1)制备的磁粒子四氧化三铁微粒与步骤(2)制得的碲化镉量子点干粉分散在含有氯仿与表面活性剂(I)的水中，然后采用旋转蒸发法将氯仿和水份蒸发去除，得到表面活性剂(I)稳定的疏水性磁粒子与量子点；
(4)将步骤(3)制得的表面活性剂(I)稳定的疏水性磁粒子与量子点加入溶有氢氧化钠、乙酸乙酯及烷基硅(I)的水溶液中，在25～60℃和磁力搅拌下反应5～10h，然后进行离心分离，再用乙醇/水混合溶剂洗涤数次；
(5)将步骤(4)制备的样品加入溶有烷基硅(II)的乙醇中，在20～40℃和磁力搅拌下反应6～12h，产物进行离心，再用乙醇/水混合溶剂洗涤数次，得到负载了磁粒子和量子点的多功能多孔硅纳米粒；
(6)向溶有N-异丙基丙烯酰胺，壳聚糖与交联剂的水溶液中加入多孔硅纳米粒形成均质溶液，在20～90℃、磁力搅拌和氮气氛下反应，再加入溶有引发剂和表面活性剂(II)的水溶液，继续反应，最后产物进行离心、渗析，以得到目标产物；
(7)将阿霉素水溶液加入渗析后的目标产物中孵化，然后渗析以去除未载入的阿霉素，用磷酸缓冲溶液调节至pH为6～8，在20～42℃下用紫外分光光度法测定阿霉素的释放曲线。
2.根据权利要求1所述的集磁性、荧光及热敏于一体的多功能药物载体的制备方法，其特征在于，步骤(1)中所述的氯化铁、硫酸亚铁与硫代乙醇酸的摩尔浓度比为1∶1∶2～3∶1∶4。
3.根据权利要求1所述的集磁性、荧光及热敏于一体的多功能药物载体的制备方法，其特征在于，步骤(2)中所述的碲粉与硼氢化钠的摩尔比为1∶1～1∶5，所述的碲氢化纳、氯化镉与巯基乙酸摩尔浓度比为1∶5∶8～1∶10∶15，反应温度为60～90℃，体系pH为9～11。
4.根据权利要求1所述的集磁性、荧光及热敏于一体的多功能药物载体的制备方法，其特征在于，步骤(3)中所述的磁粒子与量子点干粉用量均为5～10mg/L，表面活性剂(I)为溴代十六烷基三甲胺，其用量为50～100mg/L；所述的氯仿的用量为5～10％(体积百分数)。
5.根据权利要求1所述的集磁性、荧光及热敏于一体的多功能药物载体的制备方法，其特征在于，步骤(4)中所述的烷基硅(I)为正硅酸乙酯，所述的氢氧化钠、乙酸乙酯及烷基硅(I)用量体积比为1～5∶5～10∶0.5～1，搅拌速率为100～300rpm；所述的表面活性剂(I)稳定的疏水性磁粒子与量子点的用量均为5～10mg/L。
6.根据权利要求1所述的集磁性、荧光及热敏于一体的多功能药物载体的制备方法，其特征在于，步骤(5)中所述的烷基硅(II)为3-(三甲氧基甲硅烷基)丙基丙烯酸酯，所述样品在烷基硅(II)中的浓度为1-5mg/L。
7.根据权利要求1所述的集磁性、荧光及热敏于一体的多功能药物载体的制备方法，其特征在于，步骤(6)中所述的N-异丙基丙烯酰胺，壳聚糖与交联剂用量的质量浓度比为0.1～1∶0.1～0.2∶0.005～0.02，多孔硅纳米粒的加入量为0.5～1g/L，表面活性剂(II)为十二烷基硫酸钠，其用量为5～10mg/L，引发剂为5～20mg/L，反应时间为6～12h，所述的交联剂为N，N-亚甲基双丙烯酰胺；所述的引发剂为过硫酸钾。
8.根据权利要求1所述的集磁性、荧光及热敏于一体的多功能药物载体的制备方法，其特征在于，步骤(7)中所述的目标产物与阿霉素的用量均为1～5wt％。
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