CN105233293A - 一种肿瘤靶向治疗磁性颗粒的制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种肿瘤靶向治疗磁性颗粒的制备方法，属于医疗高分子材料领域，本发明提供一种解决传统靶向治疗用磁性颗粒载体包覆工艺复杂，生产成本高，产物性能不稳定等缺陷的制备方法；其特征在于：氢氧化钠淀粉糊混合液与含铁溶液混合，惰性气氛下在高温反应釜内反应，控制反应温度与时间，反应结束后过滤、洗涤、干燥、筛分得到碳包覆型四氧化三铁。与现有技术相比较，本发明在水热合成过程中完成碳的包覆，具有工艺简单、成本低、碳包覆四氧化三铁粒度均匀、碳包覆层厚度均匀的特点。

Description

一种肿瘤靶向治疗磁性颗粒的制备方法

技术领域

本发明涉及医疗材料，特别是一种用于靶向治疗的碳包覆四氧化三铁纳米材料的制备方法。

背景技术

肿瘤靶向治疗，是在细胞分子水平上，针对已经明确的致癌位点(该位点可以是肿瘤细胞内部的一个蛋白分子，也可以是一个基因片段)，来设计相应的治疗药物，药物进入体内会特异地选择致癌位点来相结合发生作用，使肿瘤细胞特异性死亡，而不会波及肿瘤周围的正常组织细胞，所以分子靶向治疗又被称为“生物导弹”。而开发新的载体是增强治疗靶向性的关键问题。纳米技术的发展，为解决靶向转移载体问题提供了新的思路。体积微小、具有超顺磁性的磁性纳米颗粒，有望成为理想的基因载体材料。将磁性物质作为靶向载体，与药物和高分子材料结合制成磁性药物制剂注入组织后，可在外磁场引导(如：核磁共振)下，药物将定时、定位、定速、定量的释放，发挥药物的最大功效和减少副作用，这些特性对于某些疾病，特别如肿瘤、糖尿病的治疗有显著的疗效。在众多的磁性材料中对铁磁材料的研究更为广泛，而在铁磁材料中又以纳米四氧化三铁(Fe₃O₄)研究最普遍，其生物相容性良好、无溶血活性、遗传毒性以及超顺磁性等特性，在生物医药、催化、环境等领域应用前景广阔。

但是在实际应用时，一般要求纳米粒子尺寸均一、化学性质稳定、生物相容性和分散性好。由于磁性四氧化三铁纳米粒子的特殊结构决定了其自身分散能力差，容易发生团聚，很难长时间稳定悬浮在溶液中，且具有在空气中不能稳定存在的缺陷，近年来，多主张进行包覆处理。碳化学性质稳定，碳包覆下的纳米颗粒具有生物亲和性和独特的光谱特性，被公认为是理想的包覆材料。由于碳壳可以在很小的空间禁锢金属物质，可避免环境对纳米材料的影响，减小粒子间的相互作用，因此解决了磁性四氧化三铁纳米粒子易团聚和在空气中不能稳定存在的问题。另外由于碳包覆层的存在，提高磁性四氧化三铁与生物体之间的相容性，因而碳包覆磁性四氧化三铁纳米材料在医学方面具有广阔的应用前景。其在生物工程、催化、新能源等诸多科学技术领域显示出了巨大的潜在应用价值。

目前国内外文献所报道的碳包覆Fe₃O₄磁性微球的合成方法，基本上都是采用两步或者多步法合成，基本上都包括两步：即先合成磁性微球，然后用碳包覆磁性微球。而在Fe₃O₄磁性微球制备过程之中，为了控制微球大小，则不得不放弃简单的直接合成方法，而采用热解法、反向共沉淀法等方法，如《碳包覆四氧化三铁磁性纳米复合材料的制备方法》(申请号：201110303081.9)中所公开：通过调节反应温度和添加表面活性剂来控制颗粒大小。添加表面活性剂(SAA)的机理在于利用SAA组分在界面(表面)的两亲性由其一端官能团的吸附或反应与CNTs之间、CNTs微粒表面之间、CNTs微粒与其他材料之间形成“桥”，起到偶联和增容的作用。经SAA表面改性处理后，CNTs表现出很好的分散性和可加工性，上述，但在基因治疗领域使用时，需要把药物和高分子材料结合，使用SAA改性的Fe₃O₄磁性微球，①其对于聚合物的粘度有负面效应，不利于药物的结合与附着；②要反复验证SAA与药物活性是否冲突，同一SAA改性后的Fe₃O₄磁性微球并不能用于所有的药物载体；③要充分评估表面活性剂的体内毒性，做出审慎选择；④SAA改性成本较高。

综上，步骤多、不能安全的降低合成过程中的“粒子团聚”是目前合成方法的最大弊病。

发明内容

本发明的技术任务是针对以上现有技术的不足，提供一种操作简单、生产成本低的制备碳包覆四氧化三铁纳米材料的方法。

本发明解决其技术问题的技术方案是：一种肿瘤靶向治疗磁性颗粒的制备方法，其特征在于：其制备方法包括以下工艺步骤：

(1)将NaOH溶液中加入淀粉，搅拌至糊化，形成混合液；将混合液加入到反应釜中，密封反应釜，使用高纯氮气通过进气阀吹扫反应釜，排出内部空气；

(2)按照摩尔比OH^-：Fe³⁺：Fe²⁺＝8.0：1.0～1.5：1.0，称取三价铁盐、二价铁盐分别溶于去氧纯水，并混合均匀得混合液；

(3)通过进料阀向步骤(1)中所得氢氧化钠淀粉糊化混合液滴加步骤(2)中所得混合液；将反应釜升温至180～240℃，保温6～10h，自然降温后，洗涤，干燥，得到碳包覆纳米磁性四氧化三铁。

上述步骤(1)中的淀粉加入量为每摩尔NaOH加入淀粉10.0～20.0g。

上述步骤(2)中的三价铁盐为硫酸铁、硝酸铁或氯化铁中的一种。

上述步骤(2)中的二价铁盐为硫酸亚铁、硝酸亚铁、硫酸亚铁铵或氯化亚铁中的一种。

与现有技术相比较，本发明具有以下突出的有益效果：

1、使用本发明法生产碳包覆纳米Fe₃O₄材料，将碳包覆过程整合在Fe₃O₄的生成过程中，而不是在Fe₃O₄的生成过程后，简化了工艺流程，节省了时间和成本。

2、首先将NaOH和淀粉混合溶液进行糊化处理，增加溶液粘度，再加入铁离子、亚铁离子溶液，铁离子、亚铁离子被糊化溶液环境所包裹，OH^—与铁离子、亚铁离子反应放缓，最终抑制了生成四氧化三铁的颗粒尺寸(＜100nm)以及团聚性，提高最终产物的分散性，降低最终产物颗粒尺寸，改善材料的性能。

3、本方法采用水热法合成碳包Fe₃O₄纳米材料，Fe₃O₄核的形成是淀粉在碱性环境下生成，淀粉一方面糊化保护磁性Fe₃O₄颗粒的团聚；另一方面还可以增强磁性Fe₃O₄颗粒在水中的溶解度。

4、碳包覆温度低，极大程度的降低了生产成本。

附图说明

图1为本发明实施例碳包覆Fe₃O₄扫描电镜图片。

具体实施方式

下面结合说明书附图和具体实施方式对本发明进说明。

对比例：

(1)首先分别称取0.2摩尔FeCl₃·6H₂O，0.1摩尔FeCl₂·4H₂O溶于0.3L去氧纯水，搅拌混匀，形成混合的溶液。

(2)将步骤(1)制得的溶液加入到反应釜中，密封反应釜，使用高纯氮气通过进气阀吹扫反应釜，排出内部空气。

(3)再称取0.8摩尔NaOH，溶于去氧纯水形成1.0mol/L的溶液，搅拌溶解，通过进料阀向含铁溶液中滴加氢氧化钠溶液。其中加入物质的配比为摩尔比Fe³⁺：Fe²⁺：OH^—＝2.0：1.0：8.0，将反应釜升温至150℃，保温6h，自然降温后，洗涤，干燥，得到初始产物。

(4)再将初始产物与23g葡萄糖混匀，氮气保护条件下，500℃保温6h，即得到碳包覆四氧化三铁。

实施例1：

(1)称取2摩尔NaOH，溶解在去氧纯水中，形成1.0mol/L的溶液，加热到60℃后，加入40g可溶性淀粉，搅拌至完全糊化，形成混合液；将混合液加入到反应釜中，密封反应釜，使用高纯氮气通过进气阀吹扫反应釜，排出内部空气；由于可溶性淀粉加入到热的NaOH溶液中发生糊化反应，颗粒内的淀粉分子向各方向伸展扩散，溶出颗粒体外，扩展开来的淀粉分子之间会互相联结、缠绕，形成一个网状的含水胶体。当淀粉进入糊化反应的颗粒解体阶段时，溶液粘度最大，使淀粉分子能够包覆在NaOH的周围，抑制了NaOH与铁离子、亚铁离子反应速度，并且抑制了二者生成的Fe₃O₄的颗粒尺寸以及团聚性，提高最终产物的分散性，降低最终产物颗粒尺寸；

(2)称取0.25摩尔FeCl₃·6H₂O，0.25摩尔FeCl₂·4H₂O溶于去氧纯水形成混合溶液；其浓度为每升溶液中含有1.0molFe³⁺和1.0molFe²⁺。

(3)通过进料阀向步骤(1)中所得的氢氧化钠淀粉糊化溶液滴加步骤(2)中所得的混合液。其中加入原料配比为摩尔比OH^—：Fe³⁺：Fe²⁺＝8.0：1.0：1.0，将反应釜升温至180℃，保温10h，自然降温后，洗涤，干燥，得到碳包覆纳米磁性Fe₃O₄。

传统制备工艺，多采用OH^-：Fe³⁺：Fe²⁺＝8：2：1这一方程式理想理论比例，但是在现实工艺中，Fe²⁺性质不稳定，容易氧化成Fe³⁺。Fe³⁺：Fe²⁺＝2：1时，往往会产生杂质Fe₂O₃，影响终产品质量。

由于可溶性淀粉水溶液糊化后黏度大，抑制了NaOH与铁生成的Fe₃O₄的颗粒尺寸以及团聚性，Fe₃O₄的粒度较小。而糊化的淀粉溶液在Fe₃O₄的生成过程中完成碳包覆，简化了工艺流程，节省了时间和成本，更加节能。

工艺步骤(2)的氯化铁，也可以为其他的三价铁溶液，如硝酸铁、硫酸铁等，其中的氯化亚铁，也可以为其他二价铁溶液，如硝酸亚铁、硫酸亚铁等。

实施例2：

(1)称取8摩尔NaOH，溶解在去氧纯水中，形成1.5mol/L的溶液，加入120g水溶性淀粉，常温下搅拌至完全溶解；由形成混合液；将混合液加入到反应釜中，密封反应釜，使用高纯氮气通过进气阀吹扫反应釜，排出内部空气；

(2)称取1.2摩尔FeCl₃·6H₂O，1摩尔FeCl₂·4H₂O溶于去氧纯水形成混合溶液；其浓度为每升溶液中含有1.2molFe³⁺和1.0molFe²⁺。

(3)通过进料阀向步骤吧(1)所得氢氧化钠淀粉糊化溶液中滴加步骤(2)所得的混合液。其中加入的原料配比为摩尔比OH^—：Fe³⁺：Fe²⁺＝8：1.2：1，将反应釜升温至200℃，保温8h，自然降温后，洗涤，干燥，得到碳包覆纳米磁性Fe₃O₄。

本实施例中，使用的是可以溶于冷水的水溶性淀粉，所述的常温指的是15℃到25℃之间，以25℃为宜。为了更好地增加糊化效果，增加了NaOH的浓度。

实施例3：

(1)首先称取8摩尔NaOH，溶解在去氧纯水中，形成1.2mol/L的溶液，40℃下加入80g预糊化淀粉，搅拌至完全溶解；在200Hz频率下超声混匀，超声使存在于混合液中的空气泡在声波作用下震动，达到一定极限时发生生长和崩溃起到空化作用，利用超声波空化作用，使NaOH与溶液中淀粉分子混合均匀并且控制淀粉颗粒尺寸、分布均匀。将混合液加入到反应釜中，密封反应釜，使用高纯氮气通过进气阀吹扫反应釜，排出内部空气；

(2)称取1.5摩尔FeCl₃·6H₂O，1摩尔FeCl₂·4H₂O溶于去氧纯水形成混合液；其浓度为每升溶液中含有1.5molFe³⁺和1.0molFe²⁺。

(3)通过进料阀向步骤(1)所得的氢氧化钠淀粉糊化溶液滴加步骤(2)所得的混合液。其中加入原料配比为摩尔比OH^—：Fe³⁺：Fe²⁺＝8：1.5：1，将反应釜升温至240℃，保温6h，自然降温后，洗涤，干燥，得到碳包覆纳米磁性Fe₃O₄。

预糊化淀粉是一种变性淀粉，应用时只要用冷水调成糊，免除了加热糊化的麻烦。但在实际摸索中，40℃下能够获得更好的糊化效果，并在该温度下与超声效果叠加更好。

对比例、实施例1、实施例2、实施例3测试结果表明，对比例、实施例1、2、3生成物的产率分别为40.78％、68.27％、72.65％、73.42％，从生成物产率可以看出各实施例的产率明显高于采用反向共沉淀法后高温碳包覆的对比例的产率；终温1000℃同步热分析结果显示：对比例、实施例1、2、3残留物含量分别为20.25％、27.24％、29.81％、30.12％，1000℃热失重后残留产物为Fe₂O₃，通过Fe质量守恒计算出Fe₃O₄含量分别为：对比例29.36％；实施例1为39.50％；实施例2为43.22％；实施例3为43.67％；通过产率进行计算得出碳的含量对比例、实施例1、2、3分别为11.42％、28.77％、29.43％、29.77％，由此可以看出实施例1、2、3纯度大、含量高、碳包覆效果好于对比例。

图1为本方案实施例1的扫描电镜图片，由图可以看出通过本发明实施例制得的碳包覆纳米Fe₃O₄颗粒无团聚，形貌均一，粒度分布均匀<100nm。

需要说明的是，本发明的特定实施方案已经对本发明进行了详细描述，对于本领域的技术人员来说，在不背离本发明的精神和范围的情况下对它进行的各种显而易见的改变都在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种肿瘤靶向治疗磁性颗粒的制备方法，其特征在于：其制备方法包括以下工艺步骤：

(1)将NaOH溶液中加入淀粉，搅拌至糊化，形成混合液；将混合液加入到反应釜中，密封反应釜，使用高纯氮气通过进气阀吹扫反应釜，排出内部空气；

(2)按照摩尔比OH^-：Fe³⁺：Fe²⁺＝8.0：1.0～1.5：1.0，称取三价铁盐、二价铁盐分别溶于去氧纯水，并混合均匀得混合液；

(3)通过进料阀向步骤(1)中所得氢氧化钠淀粉糊化混合液滴加步骤(2)中所得混合液；将反应釜升温至180～240℃，保温6～10h，自然降温后，洗涤，干燥，得到碳包覆纳米磁性四氧化三铁。

2.根据权利要求1所述的一种肿瘤靶向治疗磁性颗粒的制备方法，其特征在于：所述步骤(1)中的淀粉加入量为每摩尔NaOH加入淀粉10.0～20.0g。

3.根据权利要求1所述的一种肿瘤靶向治疗磁性颗粒的制备方法，其特征在于：所述步骤(2)中的三价铁盐为硫酸铁、硝酸铁或氯化铁中的一种。

4.根据权利要求1所述的一种肿瘤靶向治疗磁性颗粒的制备方法，其特征在于：所述步骤(2)中的二价铁盐为硫酸亚铁、硝酸亚铁、硫酸亚铁铵或氯化亚铁中的一种。