CN105169398B - 基于介孔氧化硅纳米粒子的控释系统及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于介孔氧化硅纳米粒子的控制释放系统及其制备方法，具体涉及基于介孔氧化硅的可用于控制释放的纳米粒子、含有该纳米粒子的控制释放系统、该纳米粒子的制备方法及试剂盒。本发明的纳米粒子含有经苯基硼酸酯功能化的介孔氧化硅纳米粒子和可与苯基硼酸酯结合的表面功能化的纳米粒子堵孔剂。在无底物存在下，本发明的纳米氧化硅体系可达到“零提前释放”；当加入底物后，被纳米粒子封堵的介孔孔道被打开，从而实现内载物的控制释放。本发明方法材料合成简单，结构可调，可以实现对不同底物、不同浓度的响应。

Description

基于介孔氧化硅纳米粒子的控释系统及其制备方法

技术领域

本发明属于控制释放领域，具体涉及基于介孔氧化硅纳米粒子的控释系统及其制备方法。

技术背景

介孔氧化硅材料在药物传输方面的应用已获得广泛的研究，该材料无毒，无生理活性，孔道结构均匀，比表面积大，能够保持药物的结构完整性，通过表面修饰可以实现对内载物的控制释放等特点使其成为较为理想的药物运输载体(Chem.Soc.Rev.，2012，41(7)：2590-2605)。因此，基于介孔氧化硅的药物传输具有广阔的应用空间。

介孔氧化硅药物运输平台主要由介孔氧化硅、堵孔剂、敏感响应单元三部分组成。目前已报道的控制释放体系中：常见的介孔氧化硅有M41S系列、SBA系列、HMS系列等。堵孔剂一般分两大类，一是纳米粒子，如金纳米粒、量子点、Fe₃O₄磁性纳米粒子等；二是大分子、聚合物等，如环糊精、轮状化合物，生物大分子(酶)等。而敏感单元响应机理有光照、氧化还原、pH、极性及可逆竞争性反应等(Nanoscale，2009，1(1)：16-39；Adv.Funct.Mater.，2007，17(8)：1225-1236)。表面功能化的、孔端口被封闭的介孔氧化硅具有“零提前释放”的特性，引起了研究者的广泛关注，被称为有效的刺激响应控制释放系统。

水热法是当前介孔氧化硅的主要制备方法，其孔径大小相对取决于表面活性剂形成的胶束尺寸，孔道均匀，结构可调。MCM-41介孔氧化硅以CTAB(十六烷基三甲基溴化铵)为模板剂，其孔径一般小于3nm，粒径小于200nm。在扩孔剂(如三甲基苯)的作用下孔径可以达到6nm，并伴随粒径相应增加，以维持纳米粒子的结构和热力学稳定性。

基于介孔氧化硅的小分子药物传输已经有了充分地报道。生物大分子由于结构不稳定，其活性容易受到环境因素影响，如温度，pH等。因此，在生物大分子传输领域，如何保持生物大分子的活性，提高生物利用度与可控释放是当前研究的重点。利用介孔氧化硅介孔对生物大分子结构完整性的保护特点构建的生物大分子传输系统已有部分报道。但是，由于生物大分子具有较大的尺寸，因此需要对应尺寸较大的介孔氧化硅来满足装载的要求，由此导致的介孔氧化硅的粒径会随孔径的增大而增加。然而，该类介孔氧化硅在生物体内应用时不易通过生物膜，且容易被网状内皮吞噬系统摄取，药物生物利用度低。

基于大孔径(此处特指≥5nm)介孔氧化硅(如SBA系列)的药物或生物大分子传输体系中，当前报道的对介孔的封堵主要是在介孔氧化硅外围包裹一层可对外界刺激响应的功能凝胶或聚合物。在外界底物刺激下，凝胶或聚合物穿透性增加，内载物逐渐扩散至周围环境中。因此，基于该机理的药物或生物大分子传输系统的响应相对较慢。而在基于小孔径介孔氧化硅(如MCM-41)的药物传输体系中，在实现无刺激条件下“零释放”的前体下，通过底物刺激可快速释放内载物。

目前，尚未有利用介孔孔径≥5nm，而尺寸小于350nm，且介孔间相对独立的介孔氧化硅运载系统的报道，特别是系统地针对生物大分子的运载系统的报道。

发明内容

本发明以介孔氧化硅纳米粒子为载体，基于苯基硼酸酯与底物间的竞争性结合原理，以与介孔尺寸相对应的表面功能化纳米粒子为堵孔剂，设计并合成了一类控制释放系统，该系统能够用于生物大分子如胰岛素等的控制释放。该方法材料合成简单，苯基硼酸酯结构可调，可以实现对不同底物、不同浓度的响应。

本发明的目的在于提供一类基于介孔氧化硅纳米粒的控制释放纳米粒子或系统，其由经苯基硼酸酯功能化的介孔氧化硅纳米粒子与表面功能化的纳米粒组装得到，其基本设计理念如图1所示。

本发明的另一目的在于提供该基于介孔氧化硅纳米粒子的控制释放纳米系统的制备方法。

根据本发明，所述的介孔氧化硅纳米粒子的粒径为90-350nm，同时介孔尺寸在5-20nm之间。如图4和图5所示。

根据本发明，所述的苯基硼酸酯类化合物为含有苯基硼酸结构的化合物与含1，2或1，3-二羟基化合物形成的苯基硼酸酯，其结构如下所示：

式中，n₁＝0，1，2，3，4或5；

n₂＝1或2；

Z₁，Z₂，Z₃和Z₄各自独立为吸电子基团取代基或供电子基团取代基，如可以是氢原子，C1-C6烷基，卤素；

L不存在，或是连接苯环和Y的接头基团；

X选自氨基、羟基、羧基、磺酸基、巯基、烯基、炔基、叠氮基、四嗪类结构、卤素、肼、环氧基、异氰酸酯基、异硫氰酸酯基；和

Y选自氨基、羟基、羧基、磺酸基、巯基、烯基、炔基、叠氮基、四嗪类结构、卤素、肼、环氧基、异氰酸酯基和异硫氰酸酯基。

上述(1)和(2)中，Z₁，Z₂，Z₃，Z₄和L与苯硼酸酯在苯环上的相对位置没有限制，即L可处于苯硼酸酯的间位或对位或邻位。

上述式(1)和(2)中，X和Y可分别与堵孔剂纳米粒子上的表面功能基团或介孔氧化硅纳米粒子上的硅烷化试剂反应；其中之一与堵孔剂纳米粒子表面功能基团结合，另外一个与硅烷化试剂结合。如X基团若与堵孔剂纳米粒子表面功能基团结合，则Y基团与硅烷化试剂结合。同理，如Y基团若与堵孔剂纳米粒子表面功能基团结合，则X基团必须与硅烷化试剂结合。

在优选的实施例中，上述式(1)和(2)中，n₁＝1；n₂＝1；Z₁，Z₂，Z₃，Z₄各自独立为氢、卤素或C1-C4烷基；L为C1-C6亚甲基或-(CH₂)_o-N(R₁)-(CH₂)_p-芳基-(CH₂)_q-；X和Y为OH或NH₂；其中，o、p和q各自独立为0到6的整数，R₁为H或C1-C3烷基。

根据本发明，介孔内可负载各种可用于治疗或诊断疾病的生物大分子，包括但不限于胰岛素单体，胰岛素的二聚体、六聚体或其其他聚集形式，改性胰岛素，标记胰岛素或其他胰岛素替代物，以及其他的生物大分子，如抗体药物，siRNA，酶，核酸等。

根据本发明，当该系统用作检测或诊断时，介孔内可负载用于检测或诊断的小分子检测或诊断试剂，如染料、药物、指示剂等。此外，介孔内负载物还可以是尺寸小于介孔尺寸的各种功能性的量子点或纳米粒子。

根据本发明，所述的堵孔剂为表面功能化的纳米尺寸颗粒，其尺寸在3-25nm之间。

根据本发明，所述的堵孔剂的表面功能官能团的作用：一是连接堵孔剂纳米粒和苯基硼酸酯，从而有效地封堵介孔；二是降低堵孔剂纳米粒表面活性。

根据本发明，所述的堵孔剂表面功能基团包括但不限于：氨基、羟基、羧基、磺酸基、巯基、烯基、炔基、叠氮基、四嗪类结构、卤素、肼、环氧基、异氰酸酯基、异硫氰酸酯基等。优选的表面功能基团是羧基。

根据本发明，所述的表面功能化纳米粒子除作为介孔的堵孔剂外，还可以作为造影剂、光热治疗剂或体内某些特殊元素的补充来源，在装载内载物时可提供诊断和/或协同治疗作用等。

根据本发明，所述的底物为：单糖类化合物，如葡萄糖，果糖等；寡糖、多糖以及含邻苯二酚结构的化合物，如儿茶酚等。

本发明提供的基于介孔氧化硅纳米粒子的控制释放纳米粒子或系统的制备方法，包括以下步骤：

(a1)用苯基硼酸酯处理表面经硅烷化试剂功能化的介孔氧化硅纳米粒子，进行再次功能化；

(a2)将步骤(a1)所得的介孔氧化硅纳米粒子分散在含有功能活性分子的溶剂中，使所述介孔氧化硅纳米粒子装载所述功能活性分子；和

(a3)将表面官能化的纳米粒子堵孔剂加到步骤(a2)的反应溶液中，在允许堵孔剂将介孔堵上的条件下进行反应，从而得到所述基于介孔氧化硅的纳米粒子。

根据本发明，所述介孔氧化硅纳米粒子采用水热法制备，所述的模板剂为阳离子表面活性剂，优选十六烷基三甲基对甲苯磺酸铵，同时辅以小分子有机胺，如三乙醇胺。

根据本发明，所述堵孔剂纳米粒的制备采用水热法制备，如纳米氧化锌实施例中所述，原料为锌盐(硫酸锌，醋酸锌等)与碱(氢氧化钠，氢氧化钾，氢氧化锂，硫化钠，硫化铵等)在溶剂中加热制的。所述溶剂包括：甲苯，N,N-二甲基甲酰胺，二氯甲烷，乙醇，甲醇，水，以及基于水溶液的各种缓冲溶液中的一种或它们的混合物。

本发明提供的基于介孔氧化硅纳米粒子的控制释放纳米平台或系统可以与相应的底物充分接触，从而达到控制释放的目的。该系统具有材料合成简单，苯基硼酸酯结构可调以实现对不同底物不同浓度的响应以及对底物浓度快速响应的优点。

本发明还涉及该基于介孔氧化硅纳米粒子的控制释放纳米粒子或系统在控制释放领域的应用。

在一具体实施方式中，所述的控制释放纳米粒子或系统的前体包含如下式I、II或III所示的结构或其任意组合：

其中，MSN指介孔氧化硅纳米粒子。

可将该前体与相应的功能化纳米粒子堵孔剂结合得到本发明的控制释放纳米粒子或系统。

在一具体实施方式中，所述控制释放粒子或系统的载体为介孔氧化硅纳米粒子，经表面功能化而具有异氰酸酯基活性基团。

在一具体实施方式中，所述方法中的苯基硼酸酯用来与介孔氧化硅表面功能基团结合，以实现氧化硅表面的再次功能化。

在一具体实施方式中，所述方法中介孔氧化硅表面的苯基硼酸酯用以与堵孔剂纳米粒子表面功能基团相结合。

在一具体实施方式中，所述方法中的功能化纳米粒子用作堵孔剂，来抑制介孔孔道内负载分子如胰岛素的释放。

在一具体实施方式中，所述方法中的底物用来与苯基硼酸酯竞争性结合，从而使堵孔剂纳米粒与介孔氧化硅脱离，释放出介孔孔道内的负载分子。

本发明还提供一种试剂盒，该试剂盒含有本发明的经苯基硼酸酯功能化的介孔氧化硅纳米粒子和可与苯基硼酸酯连接的表面功能化的纳米粒子。

在一个具体实施例中，试剂盒中所述经苯基硼酸酯功能化的介孔氧化硅纳米粒子与所述可与苯基硼酸酯连接的表面功能化的纳米粒子分别保存在不同的容器中。

在一个具体实施例中，试剂盒还可含有适于制备本发明负载有预装载物的基于介孔氧化硅纳米粒子的控制释放纳米系统的其它试剂。

本发明还提供权利要求1－5中任一项所述的纳米粒子或权利要求6所述的控制释放系统在制备用于控制释放给药的药物或诊断试剂或诊断试剂盒中的用途。

本发明还涉及一种治疗方法，该方法包括给予需要的对象治疗有效量的本发明含功能活性成分的纳米粒子或控制释放系统。

本发明还涉及一种检测或诊断方法，该方法包括给予检测或诊断对象本发明含功能活性成分的纳米粒子或控制释放系统，其中，所述功能活性成分适用于检测或诊断。

附图说明

图1显示以介孔氧化硅纳米粒子为载体，基于苯基硼酸酯与底物之间的可逆性结合原理设计的控制释放系统示意图。

图2显示的是堵孔剂纳米粒子——表面功能化的硫化锰锌纳米粒的扫描电镜图。

图3显示的是堵孔剂纳米粒子——表面功能化的氧化锌纳米粒透射电镜图。

图4显示的是尺寸在170nm左右的介孔氧化硅纳米粒子透射电镜图。

图5显示的是尺寸在300nm左右的介孔氧化硅纳米粒子透射电镜图。

图6显示的是堵孔剂氧化锌纳米粒子经巯基丙酸修饰前后的红外光谱图。

图7显示的是纳米粒子NP5-1的释放曲线图和NP6-1在不同果糖(底物)浓度下的控制释放曲线图。

图8显示的是纳米粒子NP6-1在不同葡萄糖(底物)浓度下的控制释放曲线图。

图9显示的是纳米粒子NP6-2在在不同葡萄糖(底物)浓度下的控制释放曲线图。

图10显示的是一种纳米粒子NP6-3在人体血糖浓度范围内不同葡萄糖(底物)浓度下的控制释放曲线图。

具体实施方式

本发明中，烷基可以是C1-C12支链或支链烷基，例如C1-6烷基、C1-4烷基等；烯基指C2-C6烯基；炔基指C2-C6炔基；烷氧基可以是C1-C12烷氧基，例如C1-C6烷氧基、C1-C4烷氧基等。

四嗪类结构包括但不限于1,2,3,4-四嗪基和1,2,4,5-四嗪基。

卤素包括F、Cl、Br和I。

吸电子基团取代基可选自：硝基、氰基、卤素、羧基、炔基、烯基。

供电子基团取代基可选自：烷基，仲胺、伯胺、叔胺、羟基、烷氧基。

本发明基于介孔氧化硅纳米粒子的控制释放纳米系统含有经苯基硼酸酯功能化的介孔氧化硅和可与苯基硼酸酯连接的表面功能化的纳米粒子作为堵孔剂。

本发明中，介孔氧化硅纳米粒子可以是本领域周知的各种具有生物相容性或不具有生物相容性的介孔氧化硅纳米粒子，优选为具有生物相容性介孔氧化硅纳米粒子。其粒径在90-350nm之间，孔径在5-20nm之间。通常采用水热法制备该介孔氧化硅纳米粒子，例如使用阳离子表面活性剂十六烷基三甲基对甲苯磺酸铵(CTATos)作为模板剂，同时辅以小分子有机胺，如三乙醇胺等，使其在适当条件下与正硅酸乙酯反应，形成本发明的介孔氧化硅纳米粒子。因此，在优选实施例中，适用于本发明的介孔氧化硅纳米粒子是阳离子表面活性剂与正硅酸乙酯，同时辅以小分子有机胺的反应产物，更优选的是CTATos与正硅酸乙酯，同时辅以三乙醇胺的反应产物。如本申请实施例7所示，CTATos、正硅酸乙酯、三乙醇胺可在例如纯水中在80℃左右反应2小时左右，可获得本发明的介孔氧化硅纳米粒子。也可采用正硅酸甲酯、正硅酸丙酯等替换正硅酸乙酯。

可通过控制反应的条件等来控制介孔氧化硅纳米粒子的粒径和孔径。对本发明的介孔氧化硅纳米粒子的孔径限制在5-20nm之间，可以是5-10nm，10-25nm，10-15nm不等。而与之对应的纳米粒子粒径在90-350nm范围内，可以是100-150nm(如图4所示)，100-300nm，200-300nm(如图5所示)等。孔径和粒径无对应的限制，例如100-150nm粒径对应的介孔尺寸可以是5-10nm，也可以是8-12nm；200-300对应的尺寸可以为5-10nm，也可以是10-20nm等。

适用于本发明的苯基硼酸酯是指用于对介孔氧化硅纳米粒子表面进行功能化的小分子化合物，该化合物能与堵孔剂纳米粒子表面功能化基团结合。

苯基硼酸酯化合物可通过接头分子而连接到介孔氧化硅纳米粒子上。这类接头分子通常是包含三烷氧基硅烷部分的分子，例如作为示例性的例子，3-异氰酸酯基丙基三乙氧基硅烷。一个具体实施例中，所述接头部分是3-异氰酸酯基丙基三乙氧基硅烷。

适用于本发明的苯基硼酸酯具备以下特征：

其结构如下所示：

其中，n₁＝0，1，2，3，4或5；n₂＝1或2；Z₁，Z₂，Z₃和Z₄各自独立为任意基团，可相同，也可不同，如可以是氢原子，烷基，卤素，或各种吸电子基团取代基和供电子基团取代基等；L为连接苯环和Y的接头基团；X选自氨基、羟基、羧基、磺酸基、巯基、烯基、炔基、叠氮基、四嗪类结构、卤素、肼、环氧基、异氰酸酯基、异硫氰酸酯基；Y选自氨基、羟基、羧基、磺酸基、巯基、烯基、炔基、叠氮基、四嗪类结构、卤素、肼、环氧基、异氰酸酯基和异硫氰酸酯基；其中，Z₁，Z₂，Z₃，Z₄和L与苯硼酸酯在苯环上的相对位置没有限制，即L可处于苯硼酸酯的间位或对位或邻位。

在一具体实施方式中，所述的控制释放纳米粒子或系统中的苯基硼酸酯可选自以下结构，并以其中三个为例对其结构做出示范说明：

在以式IV为底物敏感响应单元的苯基硼酸酯结构中：n₁＝1；n₂＝1；X基团为羟基；Y基团为羟基；Z₁，Z₂，Z₃，Z₄为氢原子；L为亚甲基。

在以式V为底物敏感响应单元的苯基硼酸酯结构中：n₁＝1；n₂＝1；X基团为羟基；Y基团为羟基；Z₁，Z₂，Z₃，Z₄中三个基团为氢原子，另外一个为氟原子；L为亚甲基。

在以式VI为底物敏感响应单元的苯基硼酸酯结构中：n₁＝1；n₂＝1；X基团为羟基；Y基团为胺基；Z₁，Z₂，Z₃，Z₄为氢原子；L为

用于本发明的堵孔剂可以是各种与介孔尺寸相匹配的纳米粒子，如可以是氧化锌纳米粒子，硫化锌纳米粒子(如图3所示)，硫化锌-氧化锌核壳纳米粒子，硫化锰锌纳米粒子(如图2所示)，硒化镉，四氧化三铁，纳米金等。这些纳米粒子可通过与苯基硼酸酯结合从而有效地堵住介孔氧化硅纳米粒子的介孔口，阻止内载物的释放；同时该纳米粒子可作为造影剂、光热治疗剂或生物体某些特殊元素的额外来源。

用于本发明的纳米粒子堵孔剂表面功能基团用来与苯基硼酸酯相结合，其主要包括但不限于：氨基、羟基、羧基、磺酸基、巯基、烯基、炔基、叠氮基、四嗪类结构、卤素、肼、环氧基、异氰酸酯基、异硫氰酸酯基等。如图6所示表面巯基丙酸(MPA)修饰前后的的氧化锌纳米粒子(ZnO NP)红外光谱图。在一个优选实施例中，堵孔剂表面上的功能基团为羧基。

适用于本发明的底物可以是能与苯基硼酸结合的各种底物，且其与苯基硼酸的结合力不小于与苯基硼酸形成酯的1，2或1，3-二羟基化合物的结合力，以使底物可以将苯基硼酸酯键断开，从而释放纳米粒子堵孔剂，最终打开介孔孔道，释放出内载物(如各种类型胰岛素、染料、药物、指示剂或其他生物大分子等等)。

优选的是，所使用的底物是具有生物相容性的。例如，所述底物本身就是人体或动物体自身所携带的，例如血液中天然存在的(如葡萄糖，儿茶酚类)，或者人为给予的(例如果糖、其他各类单糖或多糖等)。

因此，为了使本发明的控制释放纳米粒子具有生物相容性，可对介孔氧化硅和堵孔剂纳米粒子表面做进一步修饰，以增加其生物安全性。如在其外表面包载一层PEG材料，pH响应医用高分子材料或其他生物可降解材料。

本发明可通过调节苯基硼酸酯的结构构建不同的纳米系统，以实现对不同浓度范围底物的响应。例如：选用针对血糖浓度范围响应的苯基硼酸酯结构，构建基于介孔氧化硅的纳米系统，可以实现根据血糖浓度变化而实时控制释放内载物(如图10所示胰岛素的控制释放)。

因此，基于本发明中不同结构苯基硼酸酯对应的介孔氧化硅纳米粒子的控制释放系统，在实际应用中，可以使用其中的一种，也可以两种或两种以上同时使用，以实现在不同阶段对不同底物浓度的响应，最终达到控制内载物的释放速度和释放量。两种或两种以上同时使用时，其使用比例根据实际条件可进行调节。

本发明的控制释放纳米粒子可以是以干燥固体粉末的形式存在，也可以溶液的形式存在，也可以装载于其他材料或植入式器件中。本发明包括含有本发明所述控制释放纳米粒子的控制释放系统。应理解，本发明的控制释放系统是指能够控制活性分子例如胰岛素的释放的一种产品。该系统可以是简单的仅含有本发明控释纳米粒子的产品，也可以是含有本发明控释纳米粒子和其他成分例如药学上可接受的载体或赋形剂的一种组合物或混合物。本领域技术人员能根据该组合物的用途来选用适当的药学上可接受的载体或赋形剂。

本发明的控制释放纳米系统用于控制功能活性成分的释放。因此，可用于本发明的控释纳米粒子或系统的功能活性分子包括各种用途的功能活性分子，例如，蛋白和核酸等生物大分子，抗肿瘤药物和荧光探针等小分子化合物，以及尺寸小于介孔尺寸的各种功能性量子点或纳米粒子用于治疗目的的各种生物大分子。蛋白可以是各种可用于治疗或诊断用途的酶和抗体；核酸可以是例如可用于基因治疗的各种功能性核酸，如siRNA。优选功能活性成分是胰岛素，包括但不限于胰岛素单体，胰岛素的二聚体、六聚体或其其他聚集形式，改性胰岛素，标记胰岛素或其他胰岛素替代物。。本发明控释纳米粒子所负载的分子也可以是上述功能活性成分的任一组合，以用于诊断或治疗相同或不同的疾病或症状。

本发明可用于控制释放的基于介孔氧化硅的纳米粒子可通过以下步骤制备：

(a1)用苯基硼酸酯处理表面经硅烷化试剂功能化的介孔氧化硅纳米粒子，进行再次功能化；

(a2)将步骤(a1)所得的介孔氧化硅纳米粒子分散在含有功能活性分子的溶剂中，使所述介孔氧化硅纳米粒子装载所述功能活性分子；和

(a3)将表面官能化的纳米粒子堵孔剂加到步骤(a2)的反应溶液中，在允许堵孔剂将介孔堵上的条件下进行反应，从而得到所述基于介孔氧化硅的纳米粒子。

可采用水热法制备介孔氧化硅纳米粒子。示范性的制备介孔氧化硅纳米粒子可参见本申请的实施例7。也可直接使用现有技术已知的(如市售的)各种氧化硅介孔材料。

根据本发明的实施例，介孔氧化硅纳米粒子在表面被修饰前，在50-400℃(例如100-300℃、100-250℃不等)条件下，静置至少8小时。然后用例如含异氰酸酯基的三烷氧基硅烷对该介孔氧化硅纳米粒子进行表面修饰。含异氰酸酯基的三烷氧基硅烷中的烷氧基可以是例如C1-C4烷氧基，该官能化试剂的一个例子是3-异氰酸酯基丙基三乙氧基硅烷。对介孔氧化硅纳米粒子的表面进行官能化的方法是本领域周知的，在本申请实施例9中予以举例说明。

可采用水热法制备表面功能化纳米粒子堵孔剂，可以采用一步制备法，也可先制备纳米粒，再进行功能化修饰。示范性的制备表面功能化纳米粒子堵孔剂可参见本申请的实施例2，3，4。也可直接使用现有技术已知的(如市售的)各种尺寸与介孔尺寸相匹配的纳米粒子。

用苯基硼酸酯对介孔氧化硅表面修饰前，可先使苯基硼酸酯与适当的接头分子(例如含异氰酸酯基的三烷氧基硅烷)反应，然后再使其与介孔氧化硅纳米粒子反应，从而通过接头分子上的反应性官能团(例如硅烷氧基部分)共价连接到介孔氧化硅纳米粒子上。或者，也可先用接头小分子对介孔氧化硅纳米粒子进行修饰，使其与介孔氧化硅纳米粒子共价连接，然后，再使苯基硼酸酯连接到经接头分子修饰的介孔氧化硅纳米粒子上。示范性的苯基硼酸酯、接头分子以及经苯基硼酸酯功能化的介孔氧化硅纳米粒子的例子可见本发明的实施例1、9、10等。

获得经苯基硼酸酯功能化的介孔氧化硅纳米粒子，可在溶剂中使其与表面功能化纳米粒子堵孔剂反应，通过苯基硼酸酯上活性基团与纳米粒子表面功能化基团相互结合而将介孔堵上。

对步骤a2和a3中所用的溶剂并无特殊限制，通常可选用甲苯、二甲基甲酰胺、二氯甲烷、乙醇、甲醇、水、基于水溶液的各种缓冲液中的一种或它们的混合物。

同样地，本发明对步骤a1到a3的反应物的用量、反应时间、温度等并没有特殊的限制。技术人员可根据实际的制备情况选择适当的反应条件。示范性的制备过程可见本申请实施例部分。在一个具体实施例中，步骤a2在所用的溶剂为pH值约为7.40的磷酸盐缓冲液，在0℃左右避光反应。在一个具体实施例中，步骤a3在低于40℃的温度(例如室温)下反应。

可采用不同的方法测试本发明控释纳米粒子或系统的性能。例如，可将本发明的介孔氧化硅纳米粒子均分分散于相应的测试体系中，然后与相应的刺激源(底物浓度)经充分接触，使介孔打开，内载物即功能活性成分释放。根据本发明，可用荧光标记的胰岛素作为负载分子用于表征，但不仅限于此。

接触时间以及所使用的介孔氧化硅纳米粒子的量可由技术人员根据实际情况而定，例如根据不同底物在相应体系中的含量等因素而确定接触时间可粒子的用量。

在使刺激源与本发明的介孔氧化硅纳米粒子接触一段时间后，可用离心分离本发明的介孔氧化硅纳米粒子和测试体系，然后通过紫外分光光度计或高效液相色谱来检测体系中的紫外吸收强度或释放内载物即功能活性成分的含量，从而确定负载分子的释放速率和释放量。

本发明也包括一种控制释放的方法，所述方法包括允许本发明的基于介孔氧化硅纳米粒子的控制释放纳米粒子或系统与相应的底物充分接触，从而达到控制释放的目的。

本发明也包括本发明所述控释纳米粒子或系统在制备控释药物组合物中的应用。该控释药物组合物可用于治疗各种疾病，这取决于所述控释纳米粒子或系统中所负载的活性分子。例如当负载胰岛素时，所述控释纳米粒子或系统可用于制备治疗糖尿病及其并发症等疾病，如图10所示基于血糖浓度范围的控制释放。

本发明所涉及的基于介孔氧化硅的控制释放系统可以通过任何合适的药物制剂形式，以任何合适的途径和剂量应用到生物体内。例如，在生物体内应用时，可以通过口服、局部给药途径、静脉或肌肉注射给药途径，植入剂或外源性泵形式等

在一具体实施例中，本发明所述的控释纳米粒子或系统在没有刺激源(底物)存在时，可达到负载分子(如胰岛素)的“零提前释放”。

在一具体实施例中，本发明所述同一苯基硼酸酯结构对应的控释纳米粒子或系统对不同底物具有不同的响应浓度范围。在实际应用中，技术人员可根据底物的实际浓度范围和所需的内载物即功能活性成分含量选择合适的用量。

在一具体实施例中，本发明所述的不同苯基硼酸酯结构对应的控释纳米粒子或系统对同一底物响应程度不同，所释放的内载物的含量也不同，在实际应用中，技术人员可根据底物的实际浓度范围和所需的内载物含量选择合适的结构与用量。

应理解，本申请中，所述的“控释纳米粒子”既包括单个粒子，也包括多个粒子的混合物。

下文将以具体实施例的方式描述本发明，其目的在于更好地理解本发明的内容。应理解，这些实施例仅仅是阐述性的，而非限制性的。实施例中所使用的试剂，除非另有说明，否则都是从市场上常规购得。其用法和用量都可根据常规的用法和用量使用。

实施例1

在50mL三口烧瓶中加入甘油(400mg，4.4mmol)，无水硫酸钠(1.80g，12.8mmol)，4-羟甲基苯硼酸(608mg，4mmol)和15mL的四氢呋喃，室温密闭反应。24小时后停止反应，抽滤，用四氢呋喃反复清洗滤饼，旋干滤液，硅胶柱层析分离(PE/EtOAc＝1/1，v/v)，得到黄色液体产物。¹H NMR(400MHz，DMSO-d₆)：δ(ppm)7.67(d，J＝8.0Hz，1H)，7.64(d，J＝8.0Hz，1H)，7.35(d，J＝8.0Hz，1H)，7.29(d，J＝8.0Hz，1H)，5.26-5.23(m，1H)，5.19(t，J＝5.6Hz，0.5H)，4.97(t，J＝5.6Hz，0.5H)，4.53-4.50(d，J＝5.6Hz，2H)，4.33(t，J＝8.4Hz，0.5H)，4.15-4.11(m，1H)，3.99-3.97(m，0.5H)，3.90(d，J＝3.6Hz，0.5H)，3.87(d，J＝3.6Hz，0.5H)，3.59-3.48(m，1H)；¹³C NMR(100MHz，DMSO-d₆)：δ134.4，133.3，125.7，125.5，77.4，67.2，66.1，64.6。MS(EI)m/z实测值为208.0908，理论值为208.0907。

实施例2

在500mL三口圆底烧瓶中加入乙酸锌二水合物(3.95g，18.0mmol)和125mL无水乙醇，机械搅拌，加热至60℃，使乙酸锌完全溶解。称取氢氧化钾(2.10g，3.7mmol)，用65mL无水乙醇完全溶解，转移至恒压滴液漏斗中，逐滴滴加至三口烧瓶中，10分钟内滴加完毕。滴加过程中溶液由无色透明逐渐变为白色浑浊液，之后又重新变为无色透明液体。维持温度60℃反应3小时，停止加热，停止搅拌，反应液复变为白色浑浊液。离心分离得白色固体，用无水乙醇洗涤三次，真空干燥箱室温干燥，得白色固体粉末(氧化锌纳米粒子，ZnO NP)，零下35℃冰箱保存。

实施例3

在500mL圆底烧瓶中加入200mL超纯水和巯基丙酸(530mg，5mmol)，磁力搅拌。取氧化锌纳米粒(405mg，5mmol)，加入少量乙醇，超声15分钟使其分散均匀，加入0.2mL六偏磷酸钠溶液(4mol/L)，混匀。然后将氧化锌混合溶液滴加到剧烈搅拌的巯基丙酸水溶液中。溶液呈澄清透明状，剧烈搅拌15分钟。停止搅拌，加入无水乙醇析出白色悬浊物，离心分离混合液得白色固体，用少量超纯水洗涤三次，无水乙醇洗涤三次，所得白色固体室温真空干燥，得白色粉末即官能化ZnO NP(Functional ZnO NP)，零下35℃冰箱保存。

实施例4

在100mL三口圆底烧瓶中加入5mL乙酸锌水溶液(0.1mmol/L)，2mL乙酸锰溶液(0.1mmol/L)，以及巯基丙酸(531mg，0.5mmol)，加水至45mL，调节体系pH至8，通氩气20分钟以排出体系中的空气。然后，加入5mL硫化钠水溶液(0.1mmol/L)，继续通氩气10分钟。然后，将体系转移至50℃反应器中。两小时后停止反应，溶液呈黄色乳状液体，加入乙醇析出大量固体。离心分离(14000r/min，10min)，乙醇洗涤三次，真空干燥后得褐色固体粉末即官能化的堵孔剂。

实施例5

在100mL圆底烧瓶中加入胰岛素(200mg)，加入50mL碳酸钠缓冲溶液(pH＝9.00)，冰浴条件下磁力搅拌。取2.5mL异硫氰酸酯基荧光素的二甲基亚砜(DMSO)溶液(1mg/mL)，黑暗条件下，每次以5μL的量加入到上述胰岛素溶液中。滴加完毕后室温搅拌2小时。然后加入2.5mL的氯化铵溶液(1mol/L)淬灭反应，室温磁力搅拌。1小时后停止反应。反应液用Millpore超滤离心管(UFC900308，Amicon ultra-15，ultracel-3)经多用途高效离心机离心除去大部分水分以及小分子化合物，用磷酸盐缓冲液(pH＝7.40)反复洗涤浓缩液至下层清液无荧光，得到少量黄色粘稠浓缩液。将浓缩液转移至棕色直形螺口瓶中，冷冻干燥，得黄色固体粉末。零下35℃冰箱保存。

实施例6

在250mL圆底烧瓶中加入十六烷基三甲基溴化铵(CTAB，5.46g，15mmol)，对甲苯磺酸一水合物(2.85g，15mmol)和100mL无水甲醇，加热至回流，磁力搅拌。24小时后停止反应，旋除溶剂，红外干燥，得黄色固体。

实施例7

在500mL三口烧瓶中加入十六烷基三甲基对甲苯磺酸铵(3.84g)，三乙醇胺(0.69g)和超纯水200mL。机械搅拌，加热升温至80℃。温度稳定1小时后，快速加入正硅酸乙酯(29.20g)，同时设定机械搅拌速度为1200r/min。两小时后停止加热和搅拌，趁热抽滤，滤饼用大量的去离子水洗涤。所得固体产物100℃干燥20小时，得到9.16g白色固体粉末NP1，于红外烘箱保存。

实施例8

在1000mL三口烧瓶中加入上述制备的NP1(3.00g)，27mL 37％的浓盐酸和480mL无水甲醇。加热至回流。24小时后停止反应。趁热抽滤，滤饼依次用大量的甲醇、去离子水洗涤。所得滤饼于100℃干燥8小时，得到固体粉末NP2，于红外烘箱保存。

实施例9

在100mL三口圆底烧瓶中加入上述制备的NP2(1.00g)，3-异氰酸酯基丙基三乙氧基硅烷(7.40g)和50mL甲苯。氩气保护，加热至回流。24小时后停止反应，趁热抽滤，滤饼依次用大量的甲苯、乙腈和丙酮洗涤，得到白色固体粉末NP3，于红外干燥箱保存。由元素分析结果计算可得，NP3表面小分子接枝量为1.11mmol/g(根据介孔氧化硅接枝硅烷化试剂前后N的含量变化计算得到)。

实施例10

在50mL圆底烧瓶中加入上述制备的纳米粒子NP3(300mg)，4-羟甲基苯硼酸甘油酯(624mg，3mmol)，0.3mL的三乙胺，5滴N,N-二甲基甲酰胺和15mL甲苯。室温密闭反应，磁力搅拌。12小时候停止反应，抽滤，滤饼依次用大量的乙腈、丙酮、去离子水、丙酮洗涤。所得滤饼红外烘箱干燥，保存，得白色固体粉末NP4-1。

实施例11

在50mL圆底烧瓶中加入上述制备的纳米粒子NP4-1(200mg)，经标记的胰岛素(100mg，FITC-Insulin)和15mL磷酸盐缓冲液(pH＝7.40)。冰浴避光磁力搅拌。24小时后，取出2mL反应液，离心分离，弃去上清液(无色)，所得固体冷冻干燥得黄色粉末NP5-1。

取表面羧基功能化的氧化锌(50mg)，加2mL磷酸盐缓冲液(pH＝7.40)溶解，加入4-二甲氨基吡啶(DMAP，36mg，0.3mmol)和1-乙基-(3-二甲基氨基丙基)碳酰二亚胺盐酸盐(EDCI，384mg，2mmol)。然后将混合液逐滴加入到上述反应体系中。室温避光，磁力搅拌。24小时后停止反应，离心分离，弃去上清液(绿色)，用磷酸盐缓冲液(pH＝7.40)洗涤三次。所得固体冷冻干燥，得到黄色固体粉末NP6-1。

实施例12

取三个小烧杯A、B、C，分别加入5mL磷酸盐缓冲液(pH＝7.40)，然后向A中加入10mg上述制备的介孔氧化硅纳米粒子NP5-1，B和C中加入10mg上述制备的介孔氧化硅纳米粒子NP6-1。超声使其均匀分散。没浸泡20分钟后离心，连续测定上清液的紫外吸收强度变化。由图7所示，60分钟内A中NP5-1负载的胰岛素基本释放完毕。B和C中的NP6-1在4小时后释放量达到稳定，此后C中NP6-1不再释放胰岛素。而4小时后向B中加入100mM的果糖，对应的上清液中胰岛素含量相对C中出现较快的释放(20分钟内释放完毕)从而达到新的平衡。第5小时后再次加入100mM的果糖，B中上清液中的紫外吸收继续升高，说明介孔氧化硅的部分介孔被打开。同时A和C中上清液的紫外吸收基本无变化，说明无胰岛素继续释放。第6小时继续加入100mM的果糖，B中上清液的紫外吸收变化与前两次变化基本一致。第7小时再次向B中加入500mM的果糖，对应上清液中紫外吸收相对加入100mM时增强较大。以上说明，基于介孔氧化硅的胰岛素控制释放系统可以实现对胰岛素良好的装载，并具有“零提前释放”以及基于果糖浓度变化而变化的性质。

实施例13

取两个小烧杯A和B，分别加入5mL磷酸盐缓冲液(pH＝7.40)，分别向其中加入10mg上述制备的介孔氧化硅纳米粒子NP6-1。超声使其均匀分散。没浸泡20分钟后离心，连续测定上清液的紫外吸收强度变化。由图8所示，5小时后A和B中的NP6-1释放量达到稳定。而此时向A中加入100mM的葡萄糖，对应的上清液中胰岛素的紫外吸收相对于B中没有明显的变化。第6小时后继续向A中加入500mM的葡萄糖，此时A相对于B中的上清液胰岛素紫外吸收有微弱的增加，但很快达到新的平衡。第7小时后再次向A中加入1000mM的葡萄糖，继续测定上清液中胰岛素的紫外吸收，可以看到加入葡萄糖后，紫外吸收相对500mM时增加显著，并且很快达到新的平衡。但吸收增强但明显弱于基于果糖的响应。这与葡萄糖相对于果糖和苯基硼酸具有更弱的结合能力相一致，因此，打开介孔需要较高的浓度，且响应较低。

以上说明，基于介孔氧化硅的胰岛素控制释放系统可以实现对胰岛素良好的装载，并具有“零提前释放”以及基于单糖浓度变化而变化的性质。

实施例14

在50mL圆底烧瓶中加入4-氟-3-甲酰基苯硼酸(608mg，4mmol)，加入四氢呋喃和无水甲醇各15mL，冰浴下搅拌。然后称取硼氢化钠(908mg，24mmol)每个两小时分三次加入到以上反应体系中。六小时后停止反应，加入饱和氯化铵水溶液淬灭反应，用稀盐酸调节pH至2。乙酸乙酯(50mLx3)萃取，合并有机层，无水硫酸镁干燥，得黄色固体(568mg，产率92.2％)。¹H NMR(400MHz，DMSO-d₆)：δ(ppm)7.59(d，J＝8.0Hz，1H)，7.48(s，1H)，7.45(d，J＝8.0Hz，1H)，4.55(s，1H)。

实施例15

在50mL三口圆底烧瓶中加入4-氟-3-羟甲基苯硼酸(568mg，3.4mmol)，甘油(370mg，4mmol)，无水硫酸钠(3.0g，20mmol)和20mL无水四氢呋喃，室温机械搅拌。24小时后停止反应，抽滤，滤液旋干，柱层析分离(EA/PE＝1/1，v/v)，得淡黄色液体。MS(EI)m/z实测值为226.0814，理论值为226.0813。

实施例16

在50mL圆底烧瓶中加入上述制备的纳米粒子NP3(300mg)，实施例15所得3-氟-4-羟甲基苯硼酸甘油酯，0.5mL的三乙胺，2mLN,N-二甲基甲酰胺和15mL甲苯。室温密闭反应，磁力搅拌。12小时候停止反应，抽滤，滤饼依次用大量的乙腈、丙酮、去离子水、丙酮洗涤。所得滤饼红外烘箱干燥，保存，得白色固体粉末NP4-2。

实施例17

在50mL圆底烧瓶中加入上述制备的纳米粒子NP4-2(150mg)，胰岛素(75mg)，和12mL磷酸盐缓冲液(pH＝7.40)。冰浴磁力搅拌。24小时后，取出2mL反应液，离心分离，弃去上清液，所得固体冷冻干燥得白色粉末NP5-2。

取表面羧基功能化的氧化锌(50mg)，加2mL磷酸盐缓冲液(pH＝7.40)溶解，加入4-二甲氨基吡啶(DMAP，36mg，0.3mmol)和1-乙基-(3-二甲基氨基丙基)碳酰二亚胺盐酸盐(EDCI，384mg，2mmol)。然后将混合液逐滴加入到上述反应体系中。磁力搅拌。24小时后停止反应，离心分离，弃去上清液，用磷酸盐缓冲液(pH＝7.40)洗涤三次。所得固体冷冻干燥，得到白色固体粉末NP6-2。

实施例18

取三个小烧杯A、B、C，分别加入5mL磷酸盐缓冲液(pH＝7.40)，然后向A中加入10mg上述制备的介孔氧化硅纳米粒子NP5-2，B和C中加入10mg上述制备的介孔氧化硅纳米粒子NP6-2。超声使其均匀分散。没浸泡20分钟后离心，连续测定上清液的紫外吸收强度变化。60分钟内A中NP5-2负载的胰岛素基本释放完毕。B和C中的NP6-2在4小时后释放量达到稳定，此后C中NP6-2不再释放胰岛素。而4小时后向B中加入100mM的果糖，对应的上清液中胰岛素含量相对C中出现较快的释放(20分钟内释放完毕)从而达到新的平衡。第5小时后再次加入100mM的果糖，B中上清液中的紫外吸收继续升高，说明介孔氧化硅的部分介孔被打开。同时A和C中上清液的紫外吸收基本无变化，说明无胰岛素继续释放。第6小时继续加入100mM的果糖，B中上清液的紫外吸收变化与前两次变化基本一致。第7小时再次向B中加入500mM的果糖，对应上清液中紫外吸收相对加入100mM时增强较大。以上说明，基于不同刺激响应结构的介孔氧化硅胰岛素控制释放系统均可以实现对胰岛素良好的装载，并具有“零提前释放”以及基于果糖浓度变化而变化的性质。

实施例19

取两个小烧杯A和B，分别加入5mL磷酸盐缓冲液(pH＝7.40)，分别向其中加入10mg上述制备的介孔氧化硅纳米粒子NP6-2。超声使其均匀分散。没浸泡20分钟后离心，连续测定上清液的紫外吸收强度变化。一段时间后A和B中的NP6-2释放量达到稳定。而此时向A中加入100mM的葡萄糖，对应的上清液中胰岛素的紫外吸收相对于B中变化不明显。然后继续向A中加入500mM的葡萄糖，此时A相对于B中的上清液胰岛素紫外吸收一定程度的增加，但很快达到新的平衡。然后再次向A中加入1000mM的葡萄糖，继续测定上清液中胰岛素的紫外吸收，可以看到加入葡萄糖后，紫外吸收相对500mM时增加显著，同时很快达到新的平衡。与前面NP6-1控制释放特性类似，其吸收增强但明显弱于基于果糖的响应。这与葡萄糖相对于果糖和苯基硼酸具有更弱的结合能力相一致，因此，打开介孔需要较高的浓度，且响应较低。

实施例20

在50ml圆底三口烧瓶中加入邻甲酰基苯硼酸(500mg，3.33mmol)，间氨基苄腈(432mg，3.66mmol)，20ml甲醇，在氩气保护下室温搅拌。4小时后，冰浴条件下分批加入硼氢化钠(630mg，16.65mmol)。2小时后加入1mL水，停止反应。减压蒸馏除去溶剂，用水和乙酸乙酯进行萃取，得有机层，旋干。加入二氯甲烷，过量的间氨基苄腈易溶于二氯甲烷而产物不易溶，抽滤，得白色固体031。

¹HNMR(400MHz，DMSO-d₆)δ(ppm)9.79(s，1H)，7.94-7.88(m，3H)，7.52-7.45(m，3H)，7.32-7.34(m，2H)，4.57(s，2H)，1.99(s，1H)。

实施例21

在50ml圆底三口烧瓶中加入化合物031，30mL无水THF，室温下搅拌溶解。冰浴条件下加入LiAlH₄(340mg，9mmol)。24小时之后加入1mL水，340uL 30％NaOH溶液，加入无水硫酸镁，过滤，得有机相，旋干。加蒸馏水重结晶，得白色固体032。¹H NMR(400MHz，DMSO-d₆)：δ(ppm)9.27(s，1H)，7.85(d，J＝7.2Hz，1H)，7.51-7.42(m，4H)，7.31(m，1H)，7.21(t，J＝8.0Hz，1H)，6.88(d，J＝7.2Hz，1H)，4.53(s，2H)，3.71(s，2H)。¹³C NMR(100MHz，DMSO-d₆)：δ(ppm)148.5，146.8，145.4，144.6，130.0，129.5，128.4，126.2，122.3，119.1，116.1，115.9，52.6，46.0。

实施例22

在50mL三口圆底烧瓶中加入化合物032(512.2mg，2mmol)，甘油(220mg，2.4mmol)，无水硫酸钠(1.70g，12mmol)和15mL四氢呋喃，室温磁力搅拌。24小时后停止反应，抽滤，四氢呋喃洗涤滤饼，合并有机层，旋干。柱层析(EA/MeOH＝30/1，v/v)分离得棕褐色粘稠液体。MS(EI)m/z实测值为312.1640，理论值为312.1645。

实施例23

在50mL圆底烧瓶中加入上述制备的纳米粒子NP3(300mg)，实施例23所得033，0.5mL的三乙胺，2mLN,N-二甲基甲酰胺和15mL甲苯。室温密闭反应，磁力搅拌。12小时候停止反应，抽滤，滤饼依次用大量的乙腈、丙酮、去离子水、丙酮洗涤。所得滤饼红外烘箱干燥，保存，得白色固体粉末NP4-3。

实施例24

在50mL圆底烧瓶中加入上述制备的纳米粒子NP4-3(150mg)，胰岛素(75mg)，和12mL磷酸盐缓冲液(pH＝7.40)。冰浴磁力搅拌。24小时后，取出2mL反应液，离心分离，弃去上清液，所得固体冷冻干燥得白色粉末NP5-3。

取表面羧基功能化的氧化锌(50mg)，加2mL磷酸盐缓冲液(pH＝7.40)溶解，加入4-二甲氨基吡啶(DMAP，36mg，0.3mmol)和1-乙基-(3-二甲基氨基丙基)碳酰二亚胺盐酸盐(EDCI，384mg，2mmol)。然后将混合液逐滴加入到上述反应体系中。磁力搅拌。24小时后停止反应，离心分离，弃去上清液，用磷酸盐缓冲液(pH＝7.40)洗涤三次。所得固体冷冻干燥，得到白色固体粉末NP6-3。

实施例25

取三个小烧杯A、B、C，分别加入5mL磷酸盐缓冲液(pH＝7.40)，然后向A中加入10mg介孔氧化硅纳米粒子NP5-3，B和C中加入10mg介孔氧化硅纳米粒子NP6-3。超声使其均匀分散。没浸泡20分钟后离心，连续测定上清液的紫外吸收强度变化。60分钟内A中NP5-3负载的胰岛素基本释放完毕。B和C中的NP6在4小时后释放量达到稳定，此后C中NP6-3不再释放胰岛素。而4小时后向B中加入10mM的果糖，对应的上清液中胰岛素含量相对C中出现较快的释放(20分钟内释放完毕)从而达到新的平衡。第5小时后再次加入10mM的果糖，B中上清液中的紫外吸收继续升高，说明介孔氧化硅的部分介孔被打开。同时A和C中上清液的紫外吸收基本无变化，说明无胰岛素继续释放。第6小时继续加入10mM的果糖，B中上清液的紫外吸收变化与前两次变化基本一致。第7小时再次向B中加入50mM的果糖，对应上清液中紫外吸收相对加入100mM时增强较大。以上说明，基于介孔氧化硅的胰岛素控制释放系统可以实现对胰岛素良好的装载，并具有“零提前释放”以及基于果糖浓度变化而变化的性质。

实施例26

取两个小烧杯A和B，分别加入5mL磷酸盐缓冲液(pH＝7.40)，分别向其中加入10mg介孔氧化硅纳米粒子NP6-3。超声使其均匀分散。没浸泡20分钟后离心，连续测定上清液的紫外吸收强度变化。一段时间后A和B中的NP6-3释放量达到稳定。而此时向A中加入10mM的葡萄糖，此时A相对于B中的上清液胰岛素紫外吸收有明显的增加，但很快达到新的平衡。然后再次向A中加入50mM的葡萄糖，继续测定上清液中胰岛素的紫外吸收，可以看到加入葡萄糖后，紫外吸收相对10mM时增加显著，并且很快达到新的平衡。在响应的时间内，B内的紫外吸收几乎没有变化，表示溶液体系中胰岛素不再释放，即实现在无底物刺激下的“零提前释放”。

由以上结果可以看出，不同结构的刺激响应基团对同一底物响应浓度范围不同，同一结构的刺激响应基团对不同底物具有不同的响应特性。因此，本发明可以实现基于不同底物不同浓度的控制释放。在实际应用中，技术人员可以根据实际需要选择合适结构的刺激响应基团和剂量。

虽然以具体实施例的方式描述了本发明，但应理解，本发明的范围并不限于上述具体实施方式。在不偏离本发明精神和范围的情况下，本领域技术人员可对本发明做出各种修改和变动，这些修改和变动都在本发明的范围之内。

Claims (32)

1.一种基于介孔氧化硅的可用于控制释放的纳米粒子，其特征在于，所述纳米粒子含有经苯基硼酸酯功能化的介孔氧化硅纳米粒子和与苯基硼酸酯结合的表面功能化的纳米粒子堵孔剂，所述堵孔剂的尺寸与所述介孔氧化硅纳米粒子的介孔尺寸相匹配；其中，所述苯基硼酸酯选自下式(1)或(2)：

式中，

n₁＝0，1，2，3，4或5；

n₂＝1或2；

Z₁，Z₂，Z₃和Z₄各自独立选自氢、C1-C6烷基和卤素；

L不存在，或是连接苯环和Y的接头基团；

X选自氨基、羟基、羧基和磺酸基；

Y选自选自氨基、羟基、羧基和磺酸基。

2.如权利要求1所述的基于介孔氧化硅的可用于控制释放的纳米粒子，其特征在于，所述的可用于控制释放的纳米粒子还含有功能活性成分，所述功能活性成分选自生物大分子，小分子化合物，以及尺寸小于介孔尺寸的各种功能性量子点或纳米粒子。

3.如权利要求2所述的基于介孔氧化硅的可用于控制释放的纳米粒子，其特征在于，所述生物大分子为蛋白或核酸，所述小分子化合物为抗肿瘤药物或荧光探针。

4.如权利要求2所述的基于介孔氧化硅的可用于控制释放的纳米粒子，其特征在于，所述功能活性成分是胰岛素。

5.如权利要求4所述的基于介孔氧化硅的可用于控制释放的纳米粒子，其特征在于，所述胰岛素为胰岛素单体或其聚集形式，改性胰岛素，或标记胰岛素。

6.如权利要求5所述的基于介孔氧化硅的可用于控制释放的纳米粒子，其特征在于，所述胰岛素为胰岛素二聚体或胰岛素六聚体。

7.如权利要求3所述的基于介孔氧化硅的可用于控制释放的纳米粒子，其特征在于，所述蛋白为用于治疗或诊断用途的酶或抗体，所述核酸为用于基因治疗的功能性核酸。

8.如权利要求7所述的基于介孔氧化硅的可用于控制释放的纳米粒子，其特征在于，所述核酸为siRNA。

9.如权利要求1所述的基于介孔氧化硅的可用于控制释放的纳米粒子，其特征在于，所述Z₁，Z₂，Z₃和Z₄各自独立选自氢和卤素。

10.如权利要求1所述的基于介孔氧化硅的可用于控制释放的纳米粒子，其特征在于，所述式(1)和(2)中，n₁＝1；n₂＝1；Z₁，Z₂，Z₃和Z₄各自独立为氢、卤素或C1-C4烷基；L为亚甲基或-(CH₂)_o-N(R₁)-(CH₂)_p-芳基-(CH₂)_q-；X和Y为OH或NH₂；其中，o、p和q各自独立为0到6的整数，R₁为H或C1-C3烷基。

11.如权利要求1所述的基于介孔氧化硅的可用于控制释放的纳米粒子，其特征在于，X为羟基；Y为氨基。

12.如权利要求10所述的基于介孔氧化硅的可用于控制释放的纳米粒子，其特征在于，X与堵孔剂纳米粒子表面功能基团结合。

13.如权利要求1所述的基于介孔氧化硅的可用于控制释放的纳米粒子，其特征在于，所述苯基硼酸酯选自下述式IV到式XVIII：

14.如权利要求1所述的基于介孔氧化硅的可用于控制释放的纳米粒子，其特征在于，所述纳米粒子堵孔剂为尺寸为3-25nm纳米粒子，由选自氧化锌、硫化锌、硫化镉、硒化镉、四氧化三铁和/或纳米金的材料制成；且所述堵孔剂表面经功能化修饰，包含可与式(1)或(2)所示的结构中的X或Y基团反应的选自下组的官能化基团：氨基、羟基、羧基和磺酸基。

15.如权利要求14所述的基于介孔氧化硅的可用于控制释放的纳米粒子，其特征在于，所述纳米粒子堵孔剂为量子点。

16.如权利要求14所述的基于介孔氧化硅的可用于控制释放的纳米粒子，其特征在于，所述可与式(1)或(2)所示的结构中的X或Y基团反应的官能化基团为羧基。

17.如权利要求1所述的基于介孔氧化硅的可用于控制释放的纳米粒子，其特征在于，所述介孔氧化硅纳米粒子的表面经硅烷化试剂功能化。

18.如权利要求1所述的基于介孔氧化硅的可用于控制释放的纳米粒子，其特征在于，所述苯基硼酸酯通过包含三烷氧基硅烷部分的分子连接到所述介孔氧化硅纳米粒子上。

19.如权利要求18所述的基于介孔氧化硅的可用于控制释放的纳米粒子，其特征在于，所述苯基硼酸酯通过3-异氰酸酯基丙基三乙氧基硅烷连接到所述介孔氧化硅纳米粒子上。

20.如权利要求1所述的基于介孔氧化硅的可用于控制释放的纳米粒子，其特征在于，所述经苯基硼酸酯功能化的介孔氧化硅纳米粒子选自下式I、II和III所示的结构，其中，MSN指介孔氧化硅纳米粒子：

21.如权利要求2所述的基于介孔氧化硅的可用于控制释放的纳米粒子，其特征在于，所述控制释放基于底物与所述苯基硼酸酯的竞争性结合。

22.如权利要求21所述的基于介孔氧化硅的可用于控制释放的纳米粒子，其特征在于，所述底物为单糖类化合物、寡糖、多糖或含邻苯二酚结构的化合物。

23.如权利要求21所述的基于介孔氧化硅的可用于控制释放的纳米粒子，其特征在于，所述底物为葡萄糖、果糖或儿茶酚。

24.如权利要求1所述的基于介孔氧化硅的可用于控制释放的纳米粒子，其特征在于，所述基于介孔氧化硅的可用于控制释放的纳米粒子的粒径为90-350nm，孔径为5-20nm。

25.一种基于介孔氧化硅纳米粒子的控制释放系统，其特征在于，所述控制释放系统含有权利要求1-24中任一项所述的基于介孔氧化硅的可用于控制释放的纳米粒子。

26.一种制备权利要求1-24中任一项所述的基于介孔氧化硅的可用于控制释放的纳米粒子的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

(a1)用苯基硼酸酯处理表面经硅烷化试剂功能化的介孔氧化硅纳米粒子，进行再次功能化；

(a2)将步骤(a1)所得的介孔氧化硅纳米粒子分散在含有功能活性分子的溶剂中，使所述介孔氧化硅纳米粒子装载所述功能活性分子；和

(a3)将表面官能化的纳米粒子堵孔剂加到步骤(a2)的反应溶液中，在允许堵孔剂将介孔堵上的条件下进行反应，从而得到所述基于介孔氧化硅的可用于控制释放的纳米粒子。

27.如权利要求26所述的方法，其特征在于，所述溶剂选自甲苯、二甲基甲酰胺、二氯甲烷、乙醇、甲醇、水、基于水溶液的各种缓冲液中的一种或它们的混合物。

28.如权利要求26所述的方法，其特征在于，采用水热法制备所述介孔氧化硅纳米粒子和表面功能化纳米粒子堵孔剂。

29.一种试剂盒，该试剂盒含有分装在不同容器中的经苯基硼酸酯功能化的介孔氧化硅纳米粒子和可与苯基硼酸酯连接的表面功能化的纳米粒子；其中，所述苯基硼酸酯选自下式(1)或(2)：

式中，

n₁＝0，1，2，3，4或5；

n₂＝1或2；

Z₁，Z₂，Z₃和Z₄各自独立选自氢、C1-C6烷基和卤素；

L不存在，或是连接苯环和Y的接头基团；

X选自氨基、羟基、羧基和磺酸基；

Y选自选自氨基、羟基、羧基和磺酸基。

30.如权利要求29所述的试剂盒，其特征在于，所述苯基硼酸酯如权利要求9-13中任一项所述；所述可与苯基硼酸酯连接的表面功能化的纳米粒子为权利要求14-16中任一项所述的纳米粒子堵孔剂；所述经苯基硼酸酯功能化的介孔氧化硅纳米粒子的粒径为90-350nm，介孔尺寸为5-20nm。

31.权利要求1－24中任一项所述的基于介孔氧化硅的可用于控制释放的纳米粒子或权利要求25所述的控制释放系统在制备用于控制释放给药的药物或诊断试剂或诊断试剂盒中的用途。

32.如权利要求31所述的用途，其特征在于，所述用于控制释放给药的药物为治疗糖尿病及其并发症的药物。

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