CN103910361B - 一种以花粉和三嵌段共聚物为模板合成介孔氧化硅微球的方法 - Google Patents

一种以花粉和三嵌段共聚物为模板合成介孔氧化硅微球的方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种以花粉和三嵌段共聚物为模板合成介孔氧化硅微球的方法，包括以下步骤：（1）将花粉洗净、晾干；（2）将三嵌段共聚物和盐酸溶液，加入至水中，搅拌溶解后，加入花粉，继续搅拌后加入正硅酸乙酯，水浴中再次搅拌；（3）取出浸渍后的产物，依次经过清洗、干燥、煅烧，自然冷却后取出得到介孔氧化硅微球。本发明制备得到的介孔氧化硅微球具有纳米级介孔通道和微米级中空胶囊结构。介孔氧化硅微球中微米中空球结构可以提供药物的大容量储存空间，外壁介孔结构可作为药物通行的通道，起到缓释的作用。本发明采用了双模板法，所需生物模板和聚合物模板容易去除且对环境无污染，反应亦无需复杂的设备，简单易行，实验可重复性好，有较大的工业推广价值。

Description

一种以花粉和三嵌段共聚物为模板合成介孔氧化硅微球的 方法
技术领域
本发明属于介孔材料合成方法技术领域，特别涉及一种以花粉和三嵌段共聚物为模板合成介孔氧化硅微球的方法。
背景技术
药物的包埋与控释一直是生物医药、材料科学研究的难题之一。近年来，有序多孔材料特别是介孔材料作为药物包埋与控释的载体更成为研究的热点。然而，传统的介孔氧化硅由于其单一的孔道结构和有限的孔容，导致其在实际应用中依然存在很大的局限性。因而，相当一部分研究者致力于开发具有特殊形貌和结构的有序多孔SiO2材料以期获得更好的载药容量和释放效果。其中，具有中空薄壳结构的SiO2小球因具有特殊胶囊效应，可以有效拓宽药物的负载范围、增强药物的溶解性和稳定性、大幅度提高药物的负载容量、有效控制药物的释放。因为上述等优点，使得中空薄壳结构的SiO2材料在生物医药领域具有特殊的地位。
目前，具有中空结构的SiO2纳米小球主要通过溶胶-凝胶结合微乳液技术或者通过使用有机高分子聚合物小球作为模板剂获得。Shi等通过使用双模板并控制硅源的水解，获得了直径在600nm左右的中空SiO2纳米小球，其中空胶囊部分的尺寸固定在200-250nm左右，该材料可用于水溶性药物的缓释[Y. Li, J. Shi, Z. Hua, H. Chen, M. Ruan, D.Yan Nano Lett.2003, 3, 609-612]。Liu及Marzan等则通过化学溶解除去metal@SiO2复合核壳结构中的金属纳米颗粒的方法获得具有中空结构的SiO2小球[Y. Liu, H. Miyoshi,M. Nakamura Colloids Surfaces B: Biointerfaces2007, 58, 180-187和L. M. Liz-Marzan, M. Giersig, P. Mulvaney Langmuir1996, 12, 4329-4335]。通过调节金属纳米小球的尺寸可以很好的控制多孔SiO2中空小球的空心部分的直径，但是这类方法不仅繁琐，而且代价昂贵，成本很高。作为核的金属或其氧化物通常为贵金属Au、Ag等，需要用于去除核的通常是具有强腐蚀性的硝酸或王水，易造成污染。
与常规的介孔材料相比，具有中空薄壳结构的多孔SiO2的合成通常需要比较复杂的工艺，制备条件苛刻，重复性较差，无法量产。另一方面，如何根据给药需求来调控材料的载药空腔的体积大小（决定载药量的因素），以及如何有效控制SiO2壳的厚度、壳中所含孔的尺寸及结构以确保药物的输送/缓释（决定药效持久性和治疗效果的因素）也是亟需解决难题。
检索专利，虽然有的专利公开了采用复合模板法制备介孔氧化硅微球的方法，但是上述方法存在一定不足，其模板选取非廉价易得。综上，开发简单易行的制备方法来合成中空球形薄壳SiO2功能材料成为多孔SiO2材料用于药物包埋与控释成为必要。
发明内容
本发明的目的是提供一种以花粉和三嵌段共聚物为模板合成介孔氧化硅微球的方法。通过在使用花粉硬模板同时，在合成体系中加入可以产生介孔结构的软模板以及多孔氧化硅的前驱体物质，通过水解、缩合、陈化等一系列过程，将具有多孔结构的氧化硅沉积到花粉壁上，焙烧除去双重模板后得到具有介孔结构的氧化硅中空微球。
本发明以花粉和三嵌段共聚物为模板合成介孔氧化硅微球的方法，包括以下步骤：
（1）将花粉洗净、晾干；
（2）将三嵌段共聚物和盐酸溶液，加入至水中，搅拌溶解后，加入花粉，继续搅拌后加入正硅酸乙酯，水浴中再次搅拌；
（3）取出浸渍后的产物，依次经过清洗、干燥、煅烧，自然冷却后取出得到介孔氧化硅微球。
本发明所述花粉是具有天然雕刻纹路的花粉，优选为油菜花粉和茶花粉。
步骤（1）中所述的将花粉洗净为：将花粉用乙醇超声洗净3次，取出后用乙醇和清水反复漂洗干净。
步骤（2）中所述三嵌段共聚物为P123（EO20PO70EO20）和F127（EO106PO70EO106）（EO表示乙氧基，PO表示丙氧基）中的任一种，用量为0.5-3g。
步骤（2）中所述盐酸的浓度为2mol/L。
进一步地，所述浓度为2mol/L的盐酸的用量为5-10g。
步骤（2）中所述水的用量为80-120g。
步骤（2）中所述花粉的用量为0.5-2g。
步骤（2）中所述正硅酸乙酯的用量为2-4g。
步骤（2）中加入花粉继续搅拌1-3天后加入正硅酸乙酯。
步骤（2）中水浴温度为30-50℃，水浴中搅拌时间为1-3天。
步骤（3）中煅烧温度为550-700℃，时间为3-5小时。
步骤（3）中所述的清洗为：先用无水乙醇水溶液洗，再用去离子水洗净。
本发明的有益效果为：本发明采用了双模板法，即采用廉价易得的花粉作为生物模板，同时采用表面活性剂作为软模板，所需生物模板和聚合物模板容易去除且对环境无污染。反应亦无需复杂的设备，实验可重复性好，有较大的工业推广价值。本发明制备得到的介孔氧化硅微球具有纳米级介孔通道和微米级中空胶囊结构，介孔氧化硅微球中微米中空球结构可以提供药物的大容量储存空间，外壁介孔结构可作为药物通行的通道，起到缓释的作用。本发明亦针对药物分子的大小设计调控材料介孔微通道尺寸和中空胶囊体积以提高材料负载和控释药物的能力，为着眼于实际应用的新材料开发提供新的思路。
附图说明
图1是本发明实施例1合成的介孔氧化硅微球场发射扫描电镜照片。
图2是本发明实施例1合成的介孔氧化硅微球高分辨场发射扫描电镜照片。
图3是本发明实施例1合成的介孔氧化硅微球小角X-射线衍射谱图。
图4是本发明实施例2合成的介孔氧化硅微球场发射扫描电镜照片。
图5是本发明实施例3合成的介孔氧化硅微球场发射扫描电镜照片。
图6是本发明实施例1、2和3合成的介孔氧化硅微球对布洛芬和牛血清蛋白的吸收曲线图。
具体实施方式
下面以实施例来具体说明本发明，但不以任何形式限制本发明。
实施例1：
介孔氧化硅微球的合成过程：
（1）将油菜花粉用乙醇超声洗净3次，取出后用乙醇和清水反复漂洗干净并晾干；
（2）将三嵌段共聚物P123 1g和浓度为2mol/L的盐酸溶液5g，加入去离子水95g中，搅拌溶解后，加入油菜花粉1g，搅拌1天后加入正硅酸乙酯2.08g，40℃水浴中搅拌3天；
（3）取出浸渍后产物，依次经过清洗、干燥，清洗可以是先用无水乙醇水溶液洗，再用去离子水洗净。在550℃下煅烧3小时，自然冷却后取出得到介孔氧化硅微球。
对得到的介孔氧化硅微球作如下表征：
如图1所示，从图1中可以看出材料为形状规整、粒径均一的球形，并呈单分散性分布，单个球的直径约为10μm左右，基本没有破碎和团聚现象发生。
如图2所示，从图2中可以观察到材料基本完整保留了原花粉模板表面所具有的特殊形貌，呈立体网络状结构，材料表面网孔尺寸约为300nm左右，孔壁上富含纳米级小孔。
如图3所示， 1.3°附件的特征衍射峰对应氧化硅的（100）晶面，表明纳米小孔是规则的介孔结构，孔道直径约为2nm。
为了说明介孔氧化硅微球的负载能力，以布洛芬作为模型药物进行测试。当置于10 mg/ml的布洛芬溶液中时，如图6所示，介孔氧化硅微球在10 h左右达到吸附稳定，载药量约为55 mg，负载率和载药率分别约为110%和27.5%。由于材料表明的介孔孔道提供了药物的传输通道，内部的大容量空间可储存大量的药物分子，因此，微球对作为小分子药物的布洛芬具有较高的载药量。
实施例2：
介孔氧化硅微球的合成过程：
（1）将茶花粉用乙醇超声洗净3次，取出后用乙醇和清水反复漂洗干净并晾干；
（2）将三嵌段共聚物P123 2g和浓度为2mol/L的盐酸溶液8g，加入去离子水110g中，搅拌溶解后，加入茶花粉1.5g，搅拌3天后加入正硅酸乙酯3g，40℃水浴中搅拌3天；
（3）取出浸渍后产物，依次经过清洗、干燥，清洗可以是先用无水乙醇水溶液洗，再用去离子水洗净，在700℃下煅烧3小时，自然冷却后取出得到介孔氧化硅微球。
通过上述方法制备的介孔氧化硅微球见图4，可以看出单个球的直径约为15μm左右，基本没有破碎和团聚现象发生，孔壁上富含介孔孔道。材料对布洛芬有较好的负载能力，如图6所示，介孔氧化硅微球在10 h左右达到吸附稳定，载药量约为50 mg，负载率和载药率分别约为100%和25%。
实施例3：
介孔氧化硅微球的合成过程：
（1）将油菜花粉用乙醇超声洗净3次，取出后用乙醇和清水反复漂洗干净并晾干；
（2）将三嵌段共聚物F127 2g和浓度为2mol/L的盐酸溶液10g，加入去离子水120g中，搅拌溶解后，加入油菜花粉2g，搅拌1天后加入正硅酸乙酯4g，40℃水浴中搅拌1天；
（3）取出浸渍后产物，依次经过清洗、干燥，清洗可以是先用无水乙醇水溶液洗，再用去离子水洗净，在600℃下煅烧5小时，自然冷却后取出得到介孔氧化硅微球。
通过上述方法制备的介孔氧化硅微球见图5，可以看出单个球直径约为12μm左右，基本没有破碎和团聚现象发生，孔壁上富含介孔孔道。材料对牛血清蛋白有较好的负载能力，如图6所示，介孔氧化硅微球在10 h左右达到吸附稳定，载药量约为48 mg，负载率和载药率分别约为96%和24%。
以上显示和描述了本发明的主要特征及优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。

Claims (6)

1.一种以花粉和三嵌段共聚物为模板合成介孔氧化硅微球的方法，包括以下步骤：
（1）将花粉洗净、晾干；
（2）将三嵌段共聚物和盐酸溶液，加入至水中，搅拌溶解后，加入花粉，继续搅拌后加入正硅酸乙酯，水浴中再次搅拌；
（3）取出浸渍后的产物，依次经过清洗、干燥、煅烧，自然冷却后取出得到介孔氧化硅微球；
其中，步骤（1）中所述的将花粉洗净为：将花粉用乙醇超声洗净3次，取出后用乙醇和清水反复漂洗干净，步骤（3）中所述的清洗为：先用无水乙醇水溶液洗，再用去离子水洗净；
步骤（2）中所述三嵌段共聚物用量为0.5-3g，所述三嵌段共聚物为P123，所述水的用量为80-120g，所述花粉的用量为0.5-2g，所得的介孔氧化硅微球的直径为10μm-15μm，介孔孔径为2nm。
2.根据权利要求1中所述的合成介孔氧化硅微球的方法，其特征在于：步骤（2）中所述盐酸为浓度为2mol/L的盐酸，用量为5-10g。
3.根据权利要求1中所述的合成介孔氧化硅微球的方法，其特征在于：步骤（2）中所述正硅酸乙酯的用量为2-4g。
4.根据权利要求1中所述的合成介孔氧化硅微球的方法，其特征在于：步骤（2）中加入花粉继续搅拌1-3天后加入正硅酸乙酯， 30-50℃水浴中搅拌1-3天。
5.根据权利要求1中所述的合成介孔氧化硅微球的方法，其特征在于：步骤（3）中煅烧温度为550-700℃，时间为3-5小时。
6.根据权利要求1中所述的合成介孔氧化硅微球的方法，其特征在于：所述花粉为油菜花粉或茶花粉。
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