CN103497292A

CN103497292A - 一种温度响应性介孔硅纳米粒子的制备方法

Info

Publication number: CN103497292A
Application number: CN201310423596.1A
Authority: CN
Inventors: 熊华; 陈莎; 彭海龙; 宁方建; 王素芳; 罗美; 赵强; 朱雪梅; 黎文建
Original assignee: Nanchang University
Current assignee: Nanchang University
Priority date: 2013-09-17
Filing date: 2013-09-17
Publication date: 2014-01-08

Abstract

一种温度响应性介孔硅纳米粒子的制备方法，是针对具温度响应性的介孔硅的制备而进行的研究。温度响应性介孔硅纳米粒子的制备方法主要是通过stober溶胶凝胶法与模板法联用制备带模板介孔硅，然后利用一定硅烷偶联剂后嫁接进行改性，接着通过溶剂萃取法去除模板，最后在交联剂引发剂的作用下嫁接温敏性物质最后即得温度响应性介孔硅纳米粒子。本发明采用溶胶凝胶法与模板法联用，制得介孔硅粒径规整，大小均匀，分散性较好；整个制备过程材料易得环保，设备简便易操作，且工艺流程技术难度不高。

Description

一种温度响应性介孔硅纳米粒子的制备方法

技术领域

本发明属于高分子材料技术领域，具体涉及一种温度响应性介孔硅纳米粒子的制备方法。

背景技术

介孔材料为一种孔径介于2-50nm的一类多孔材料。其具有孔道结构规则有序、分布狭窄且孔径纳米范围可调、高比表面和孔隙率、孔壁组成结构多样等特点，因此在大分子催化、选择吸附、传感材料、生物工程等方面都发挥了重大作用。特别是在生物载药和可控释放领域的应用，针对其作为载药材料，介孔材料具有生物相容性好，自身为生物骨架从而避免了与药物反应具有高稳定性，利用一定方法粒径大小可调、分散性较好，因自身结构特点有缓控性质且表面活性高进而可以实现其功能化达到靶向等特殊要求。

溶胶凝胶法是选取某一高化学活性组分的化合物作前驱物，在水中混匀经过水解缩合形成稳定透明凝胶体系，之后互相聚合形成三维网状凝胶。该方法操作简单，反应纯度高，且可根据需要对反应条件进行调控进而得到不同尺寸大小和不同特性的产物。但是，此法调控生成氧化硅粒子大小进而影响粒子形貌、孔径、孔容、比表面积等重要表征的因子是反应的水解速率，这个因子可控性差，因此产物孔径比表面上述表征要素呈现分布较大。并且水相制备氧化硅对后续干燥烧结技术要求较高，很容易发生孔道塌陷的情况。

随着对介孔硅合成制备的研究不断深入，技术的提高创新与联用也得到了拓展，本专利将之和模板技术进行联用，从而提高了粒子形貌的均匀性和后期功能化需要的稳定性。并且后期采用溶剂萃取代传统煅烧的方法去除模板，为后期表面改性与功能化提供了可能。

介孔氧化硅材料自问世以来，其在很多领域的应用已成为研究的热点，且在不同领域展现了极大的应用价值和应用前景，但是也存在一些不足，纯硅无机骨架化学活性低等，这大大限制了其实际应用范围。为了拓展介孔材料的应用，主要采用化学改性的方法来弥补这些不足。

介孔硅材料的表面修饰有两种方法通常具有共合成法和后嫁接法。本实验制备介孔硅材料用作载药，采用了后嫁接法而不是常用的共合成法，先改性再去模板，从而避免了不会破坏孔道高度有序性，同时还能减小对载药的孔容大小产生影响。共合成法是在合成介孔材料的过程中，加入有机硅烷同时水解缩合，在模板剂导向下形成有机-无机介孔硅材料。相比后嫁接法法，该法可一步制备有机官能团修饰的介孔材料，且有机基团分布均匀，但是合成介孔材料有序度受影响较大。后嫁接法是通过将有机基团的活性基团（常用如有机基团偶联剂）与介孔硅表面的硅羟基反应，可将氨基，磺基，巯基，烷基等有机基团嫁接于介孔材料壁表面。后嫁接法不会影响孔道结构规则，可以根据需要相应需要选择有机基团，但是反应量受表面硅羟基数量限制，且嫁接反应主要是在活性较强的自由硅羟基上，改性基团集中于介孔材料表面和孔口处，而孔道内部较少，使得有机改性基团分布不均，这个缺点在制备作为载药材料的介孔硅时因减小了对孔道容量的影响反而成为优势。

温度响应性聚合物即指聚合物中某一单位因响应不同温度表现出来不同性质从而实现一定需要的一类物质。近些年温敏性物质在功能性高分子领域成为研究热点。其中聚N-异丙基丙烯酰胺基是应用最广的。其大分子链上同时具有亲水性的酰氨基和疏水性的异丙基，并且当体系温度改变时，可导致氢键的形成与破坏，使在水中的溶解性也随之发生改变。低温时溶于水，一旦聚合物溶液温度升高到某个温度（最低临界溶解温度）以上，聚合物与水分子之间的氢键被破坏，水被从聚合物链中排除，聚合物链中疏水性链段之间的相互作用表现出来，使得聚合物胶束球状结构的崩塌后并导致聚合物的相分离和聚合沉淀行为的发生。

发明内容

本发明的目的主要在于对现有技术的不足提供一种温度响应性介孔硅纳米粒子的制备方法。

本发明所述一种温度响应性介孔硅纳米粒子的制备方法工艺步骤如下：

（1）采用经典Stober方法与模板法联用进行介孔硅纳米粒子的合成，将模板剂十六烷基三甲基溴化铵即CTAB与蒸馏水以质量比为1:450~500超声混匀，将混匀液与2mol/L的 NaOH溶液以体积比为450~500：2~3混匀，反应体系于70℃~85℃条件下搅拌反应2~3h，之后在上述混合液当中加入硅源纯正硅酸乙酯，混合液与硅源纯正硅酸乙酯体积比为450~500:5~10，在70℃~85℃下机械搅拌2~3h，离心，无水乙醇洗涤，干燥得带模板介孔硅粒子；

（2）将上述带模板介孔硅粒子置于无水乙醇中超声溶解，两者的重量体积比为0.5~1:150~200 g/mL，后充氮气保护参与后续反应，而后加入硅烷偶联剂纯甲基丙烯酸-3-三甲基硅基丙酯即MPS在室温条件反应36-48小时进行介孔硅表面改性，然后离心，无水乙酸洗涤，干燥得改性带模板介孔硅，带模板介孔硅与纯甲基丙烯酸-3-三甲基硅基丙酯即MPS的质量比为0.5~1：5~10；

（3）将上述改性带模板介孔硅置于浓度为37%盐酸中和无水乙醇中混匀，所述盐酸和无水乙醇的体积比1:100，在80~90℃条件下回流24-48h，离心，无水乙醇洗涤，干燥得改性介孔硅粒子；

（4）将上述改性介孔硅加入蒸馏水配置成为0.5g:150~250mL的溶液，将温敏性物质、交联剂置于上述溶液中，机械搅拌，充氮气保护，升温至70~80℃，再加入引发剂恒温反应6-7h，离心，去离子水洗涤，干燥，即得相转变温度为37℃左右的温度响应性介孔硅纳米粒子；

所述温敏性物质、交联剂、引发剂三者的摩尔比为1.5~2:0.05~0.10：0.03~0.05，温敏性物质可以是N-异丙基丙烯酰胺，交联剂可以是N,N'-亚甲基双丙烯酰胺MBA，引发剂可以是

过硫酸铵APS。

本发明的有益效果：与现有技术相比，本专利有以下几大特色：

整个制备过程材料易得环保，设备简便易操作，且工艺流程技术难度不高；

本发明采用溶胶凝胶法与模板法联用，制得介孔硅粒径规整，大小均匀，分散性较好；

本发明采用后嫁接法实现介孔硅表面改性和功能化和溶剂萃取法去除模板，制得介孔硅孔道结构良好，且孔容大、载药量高；

本发明制得温度响应性介孔硅材料能够有效实现药物对温度的响应可控释放。

附图说明

图1为介孔硅在100nm条件下的扫描电镜形貌图；

图2为介孔硅50nm条件的透射电镜形貌图；

图3由上往下依次为介孔硅、温度响应性介孔硅和载药介孔硅的2°角的 X-射线衍射图谱：随着温敏性物质的嫁接成功，载药的进行，MCM-41通道特征峰逐渐消失；

图4是由上往下依次对应介孔硅、温度响应性介孔硅、载药温度响应性介孔硅的低温氮气吸附-脱附等温曲线与结构参数测定：随着温敏性物质的嫁接成功，载药的进行，氮气吸附量逐渐减小，孔径也越来越小；

图5为载红景天苷温度响应性介孔硅分别在25℃和42℃条件下的释放曲线，可以看出：制备的温度响应性介孔硅在42℃的释放量远大于25 ℃。

具体实施方式

实施例1：:采用经典Stober方法与模板法联用进行介孔硅纳米粒子的合成。将0.5g十六烷基三甲基溴化铵（CTAB）溶于250m蒸馏水中，加入2.5mol/LNaoH溶液2ml，反应体系于80℃条件下剧烈搅拌反应2h，而后滴入硅源纯正硅酸乙酯3mL,恒温机械搅拌3h，离心，乙醇洗涤，干燥得带模板介孔硅粒子；取上述带模板介孔硅0.5g置于150mL无水乙醇溶液中，超声溶解，后充氮气保护后续反应。而后加入纯甲基丙烯酸-3-三甲基硅基丙酯（MPS）5mL在室温条件反应36小时进行介孔硅表面改性，然后离心，无水乙酸洗涤，干燥得改性带模板介孔硅；将上述改性带模板介孔硅置37%盐酸与无水乙醇以体积比1:100混匀的溶液中于80~90℃条件下回流24h，离心，无水乙醇洗涤，干燥得改性介孔硅粒子；取上述改性介孔硅0.3g与温敏性物质N-异丙基丙烯酰胺（NPIAAM)0.22g、交联剂N,N'-亚甲基双丙烯酰胺（MBA）0.015置于100mL蒸馏水溶液中，机械搅拌，充氮气保护，升温至70℃，滴入引发剂过硫酸铵（APS）0.01g恒温反应6h，离心，去离子水洗涤，干燥，即得相转变温度为接近人体温度的温度响应性介孔硅纳米粒子。

实施例1可以制备得到满足所需条件的温度响应性介孔硅纳米粒子，但其粒子大小均匀性不是很好，通过方案的调整，得到下例2的最佳条件。

实施例2：:采用经典Stober方法与模板法联用进行介孔硅纳米粒子的合成。将1g十六烷基三甲基溴化铵（CTAB）溶于480m蒸馏水中，加入2.5mol/LNaoH溶液2.5ml，反应体系于80℃条件下剧烈搅拌反应3h，而后滴入硅源纯正硅酸乙酯5mL,恒温机械搅拌3h，离心，乙醇洗涤，干燥得带模板介孔硅粒子；取上述带模板介孔硅0.5g置于150mL无水乙醇溶液中，超声溶解，后充氮气保护后续反应。而后加入纯甲基丙烯酸-3-三甲基硅基丙酯（MPS）10mL在室温条件反应48小时进行介孔硅表面改性，然后离心，无水乙酸洗涤，干燥得改性带模板介孔硅；将上述改性带模板介孔硅置37%盐酸与无水乙醇以体积比1:100混匀的溶液中于80℃条件下回流48h，离心，无水乙醇洗涤，干燥得改性介孔硅粒子；取上述改性介孔硅0.5g与温敏性物质N-异丙基丙烯酰胺（NPIAAM)0.5g、交联剂N,N'-亚甲基双丙烯酰胺（MBA）0.028置于200mL蒸馏水溶液中，机械搅拌，充氮气保护，升温至70℃，滴入引发剂过硫酸铵（APS）0.017g恒温反应7h，离心，去离子水洗涤，干燥，即得相转变温度为接近人体温度的温度响应性介孔硅纳米粒子。

通过本案例制得温度响应性介孔硅纳米粒子粒径规整，大小均匀，分散性较好，见说明书附图1；制备得介孔硅具MCM41良好孔道结构，且孔容大、载药量高见附图2-4，附表1。

表1为介孔硅（MSN)、温度响应性介孔硅（NIPAAM-MSNs)、载红景天苷的温度响应性介孔硅（NIPAAM-MSNs-Sa）结构参数表

实施例3：对实施例2最佳方案制备出的粒子进行载药：取2支小试管，编号A,B。分别量取6ml的1mg/ml红景天苷溶液，在A和B管中分别加30mg温度响应性介孔硅和未改性介孔硅。将A和B振荡混匀，在室温下振荡48h。吸附48h后，分别取二者溶液离心分离，取上清液，分别用6ml磷酸缓冲液再次洗涤各自的离心产物，混合上清液，分别对应编号为A,B。用紫外分光光度计测定红景天苷的标准曲线和原红景天苷溶液即0号样液和上述两者A,B上清液中红景天苷吸光度，实施结果显示其载药包封效果较好。

取载药的样品各0.2g加入装有10mlPH7.6的磷酸缓冲液的离心管中，置于智能控温温磁力搅拌器上，分别设定为室温和42℃，并编号C，D。每隔一段时间分别离心并取3ml上清夜进行紫外分光光度测定，并重新添加3ml磷酸缓冲液，保持体积一定。对C、D释放量进行计算和处理。

从说明书附图5结果可以很明显看出制备出的温度温度响应性介孔硅42℃条件下在不同时间下的累积释药量明显高于室温条件下的累积释药量。说明温度响应性介孔硅确实是对温度呈现响应性的。

Claims

1.一种温度响应性介孔硅纳米粒子的制备方法，其特征是：

（1）采用经典Stober方法与模板法联用进行介孔硅纳米粒子的合成，将模板剂十六烷基三甲基溴化铵即CTAB与蒸馏水以质量比为1:450~500超声混匀，将混匀液与2mol/L的 NaOH溶液以体积比为450~500:2~3混匀，反应体系于70℃~85℃条件下搅拌反应2~3h，之后在上述混合液当中加入硅源纯正硅酸乙酯，混合液与硅源纯正硅酸乙酯体积比为450~500:5~10，在70℃~85℃下机械搅拌2~3h，离心，无水乙醇洗涤，干燥得带模板介孔硅粒子；

（2）将上述带模板介孔硅粒子置于无水乙醇中超声溶解，两者的重量体积比为0.5~1:150~200 g/mL，后充氮气保护参与后续反应，而后加入硅烷偶联剂纯甲基丙烯酸-3-三甲基硅基丙酯即MPS在室温条件反应36-48小时进行介孔硅表面改性，然后离心，无水乙酸洗涤，干燥得改性带模板介孔硅，带模板介孔硅与纯甲基丙烯酸-3-三甲基硅基丙酯即MPS的质量比为0.5~1:5~10；

（4）将上述改性介孔硅加入蒸馏水配置成为0.5g:150~250mL的溶液，将温敏性物质、交联剂置于上述溶液中，机械搅拌，充氮气保护，升温至70~80℃，再加入引发剂恒温反应6-7h，离心，去离子水洗涤，干燥，即得相转变温度为37℃左右的温度响应性介孔硅纳米粒子；所述温敏性物质、交联剂、引发剂三者的摩尔比为1.5~2:0.05~0.10:0.03~0.05。

2.根据权利要求1所述的一种温度响应性介孔硅纳米粒子的制备方法，其特征是：所述温敏性物质、交联剂、引发剂分别是N-异丙基丙烯酰胺、N,N'-亚甲基双丙烯酰胺MBA、过硫酸铵APS。