CN107019802B

CN107019802B - 一种柔性中空介孔有机氧化硅纳米囊材料及制备方法

Info

Publication number: CN107019802B
Application number: CN201710173090.8A
Authority: CN
Inventors: 苏晓丹; 滕兆刚; 马晓波
Original assignee: Nanjing University of Posts and Telecommunications
Current assignee: Nanjing University of Posts and Telecommunications
Priority date: 2017-03-22
Filing date: 2017-03-22
Publication date: 2020-11-17
Anticipated expiration: 2037-03-22
Also published as: CN107019802A

Abstract

本申请公开了一种柔性中空介孔有机氧化硅纳米囊及制备方法，该柔性中空介孔有机氧化硅纳米囊具有柔性的特点，其骨架组分为有机氧化硅，形貌为球形体，其该球形体具有中空结构，壳层具有介孔孔道；该柔性中空介孔有机氧化硅纳米囊的制备方法为：将表面活性剂溶于含氨水的乙醇和水的混合溶液中，加热搅拌条件下加入正硅酸四乙酯和有机氧化硅前驱体；反应一段时间后，将得到的实心有机氧化硅置于碱性溶液中刻蚀，形成柔性中空介孔有机氧化硅纳米囊，最后去除表面活性剂获得柔性中空介孔有机氧化硅纳米囊。本发明的柔性中空纳米囊在药物递送等领域具有巨大的应用潜力。

Description

一种柔性中空介孔有机氧化硅纳米囊材料及制备方法

技术领域

本发明属于纳米材料技术领域，具体涉及一种柔性中空介孔有机氧化硅纳米囊材料及其制备方法。

背景技术

纳米药物经静脉注射到血液后，必须穿过肿瘤血管壁到达肿瘤细胞才能发挥作用。恶性肿瘤的血管壁间隙大，结构完整性差，淋巴回流缺失，渗透性高于正常的组织血管。利用恶性肿瘤血管阈值比正常组织大的特性，可将药物载体选择性递送到肿瘤组织。但是，肿瘤血管具有多种尺寸的孔隙（即渗透阈值），尺寸大的探针难以穿过肿瘤血管；而小尺寸的探针会被肝、肾快速代谢掉。具有形变特性的柔性纳米材料可穿过孔径比其粒径小的毛细血管，有利于穿过肿瘤血管进入肿瘤细胞。同时，研究发现柔性纳米材料具有更长的血液循环时间，可增加肿瘤靶向几率。因此，发展可形变的柔性多功能分子影像探针，有利于延长血液循环时间，提高肿瘤血管穿透性和肿瘤靶向效率，从而增强肿瘤诊疗效果。

目前国际上研究较多的药物载体材料包括脂质体、胶束、无机纳米颗粒等。然而，脂质体、胶束等有机分子的稳定性差，在穿过毛细血管时会引起结构破坏，导致药物爆炸式释放。近年来，介孔纳米材料因具有高的载药量、易功能化、良好的生物相容性和生理稳定性成为肿瘤分子影像探针和药物载体的研究热点。然而，由于无机介孔材料的骨架结构刚性强，基于无机介孔材料构建的纳米诊疗探针不具备柔性、可形变的特点。

发明内容

解决的技术问题：为了克服现有技术中存在的不足，本申请提出一种柔性中空介孔有机氧化硅纳米囊及制备方法，这种纳米囊具有柔性可形变的特性，有利于穿过肿瘤血管，其介孔结构可以高效装载抗肿瘤药物，解决现有技术中稳定性差、不具备柔性和不可形变等技术问题。

技术方案：一种柔性中空介孔有机氧化硅纳米囊材料，所述柔性中空介孔有机氧化硅纳米囊材料是具有中空结构的柔性有机氧化硅颗粒，所述有机氧化硅颗粒由表面活性剂、氨水、乙醇、水、正硅酸四乙酯、桥联型有机氧化硅源、碱溶液和浓盐酸制成，所述有机氧化硅颗粒的外壳具有介孔孔道，所述有机氧化硅颗粒中含有硫醚基团、苯基或乙烷基团。

作为本申请的一种优选技术方案：所述有机氧化硅的粒径为240~300nm；

作为本申请的一种优选技术方案：所述介孔孔道的孔径为2.6~3.2nm，比表面为280~880 m²/g。

一种所述的柔性中空介孔有机氧化硅纳米囊材料的制备方法，包括如下步骤：

第一步：将表面活性剂溶于氨水、乙醇和水的混合溶液中，在20~50℃加热搅拌条件下加入正硅酸四乙酯和桥联型有机氧化硅源，进行反应后，得到乳白色溶液；

第二步：将所述乳白色溶液进行固液分离后，收集固相部分用碱溶液进行刻蚀；

第三步：进行固液分离，收集固相部分，加入浓盐酸和乙醇的混合溶液中，在20-60℃下萃取去除表面活性剂，得到所述柔性中空介孔有机氧化硅纳米囊材料。

作为本申请的一种优选技术方案：所述表面活性剂为十六烷基三甲基溴化铵或十六烷基三甲基氯化铵。

作为本申请的一种优选技术方案：所述氨水、乙醇和水的混合溶液中氨水、乙醇和水体积比为1 ml氨水：30ml乙醇：75ml水，所述氨水所含NH₃的质量百分浓度为25%。

作为本申请的一种优选技术方案：所述桥联型有机氧化硅源选自1,2-二(三乙氧基硅基)乙烷、双[γ-(三乙氧基硅基)丙基]四硫化物和1,2-双(三乙氧基硅基)苯中的一种。

作为本申请的一种优选技术方案：所述固液分离的方法是离心和水洗。

作为本申请的一种优选技术方案：所述碱溶液为氢氧化钠、碳酸钠、或碳酸氢钠溶液，浓度为0.1~1.0 M。

作为本申请的一种优选技术方案：所述浓盐酸和乙醇的混合溶液中浓盐酸和乙醇体积比为100μl浓盐酸：200ml乙醇。

有益效果：

1.肿瘤细胞分别摄取实心介孔纳米颗粒与柔性中空介孔有机氧化硅纳米囊，与实心的介孔纳米颗粒相比，肿瘤细胞显著增强了对柔性中空介孔有机氧化硅纳米囊的摄取，说明这种柔性纳米囊在肿瘤药物递送领域具有广阔前景。

2. 本申请制备柔性中空介孔有机氧化硅纳米囊的方法不需要引入模板，通过碱刻蚀即可获得中空结构。

3. 通过调节桥联型有机硅源前驱体可在柔性中空介孔有机氧化硅纳米囊中引入不同有机基团，使材料具有柔性、可形变的性能。

4. 本申请所有合成工艺简单、有效，所用表面活性剂等试剂价格低廉。

5. 本申请制备的柔性中空介孔有机氧化硅纳米囊材料有望在延长血液循环时间、增加肿瘤靶向性以及提高肿瘤血管渗透性方面发挥巨大作用。

6. 本申请制备的柔性中空介孔有机氧化硅纳米囊材料具有均一粒径、高比表面积、均一的介孔和有机基团掺杂的骨架。

7. 制备过程具有对设备要求低、工艺过程简单的特点。

附图说明

图1是本申请在实施例1的工艺条件下制得的柔性中空介孔有机氧化硅纳米囊材料的透射电子显微镜照片。

图2是本申请在实施例2的工艺条件下制得的柔性中空介孔有机氧化硅纳米囊材料的透射电子显微镜照片。

图3是本申请在实施例2制备的柔性中空介孔有机氧化硅纳米囊材料表面包覆二氧化硅后的透射电子显微镜照片。

图4是本申请在实施例3的工艺条件下制得的柔性中空介孔有机氧化硅纳米囊材料的透射电子显微镜照片。

图5是本申请肿瘤细胞分别摄取实心介孔纳米颗粒与柔性中空介孔有机氧化硅纳米囊的曲线对比图。

具体实施方式

下面结合说明书附图对本申请的具体实施方式作进一步详细的说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本申请，但不以任何形式限制本申请。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本申请的保护范围。

实施例1：

如图1和图5所示，一种柔性中空介孔有机氧化硅纳米囊材料，所述柔性中空介孔有机氧化硅纳米囊材料是具有中空结构的柔性有机氧化硅颗粒，所述有机氧化硅颗粒由表面活性剂、氨水、乙醇、水、正硅酸四乙酯、桥联型有机氧化硅源、碱溶液和浓盐酸制成，所述有机氧化硅颗粒的外壳具有介孔孔道，所述柔性中空介孔有机氧化硅纳米囊材料的制备方法，包括以下步骤：

第一步：将0.16 g十六烷基三甲基溴化铵溶于75ml水、30ml乙醇和1 ml氨水的混合溶液中，该氨水所含NH₃的质量百分浓度为25%，在35℃、300 rpm搅拌条件下将0. 25 ml正硅酸四乙酯和0.1 ml双[γ-(三乙氧基硅基)丙基]四硫化物，反应24 h，随着反应的进行，正硅酸四乙酯和双[γ-(三乙氧基硅基)丙基]四硫化物发生水解，水解的硅物种与表面活性剂进行自组装，并在其表面交联缩合，得到白色的溶液，形成具有高缩合度表面的介孔有机氧化硅；

第二步：将第一步所得白色溶液离心、水洗，收集固相部分转移至30 ml 0.5 M的NaCO₃溶液中，刻蚀30 min，刻蚀掉内部低缩合度的有机氧化硅骨架，形成柔性中空结构；

第三步：将第二步所得的反应产物离心、水洗，转移至100 μl浓盐酸和200 ml乙醇的混合溶液中，在60℃条件下加热3h萃取去除表面活性剂，重复3次，最终得到柔性中空介孔有机氧化硅纳米囊。

本实施例中得到的柔性中空介孔有机氧化硅纳米囊材料的透射电子显微镜照片如图1所示，具有中空结构，骨架为硫醚基团桥联的有机氧化硅，粒径为290 nm，孔道的孔径为3.2 nm，将测定，其比表面积为878 m²/g；如图5所示，肿瘤细胞分别摄取实心介孔纳米颗粒与柔性中空介孔有机氧化硅纳米囊，与实心的介孔纳米颗粒相比，肿瘤细胞显著增强了对柔性中空介孔有机氧化硅纳米囊的摄取，说明这种柔性纳米囊在肿瘤药物递送领域具有广阔前景。

实施例2：

如图2和图3所示，一种柔性中空介孔有机氧化硅纳米囊材料，所述柔性中空介孔有机氧化硅纳米囊材料是具有中空结构的柔性有机氧化硅颗粒，所述有机氧化硅颗粒由表面活性剂、氨水、乙醇、水、正硅酸四乙酯、桥联型有机氧化硅源、碱溶液和浓盐酸制成，所述有机氧化硅颗粒的外壳具有介孔孔道，所述柔性中空介孔有机氧化硅纳米囊材料的制备方法，包括以下步骤：

第一步：将0.16 g十六烷基三甲基溴化铵溶于75ml水，30ml乙醇和1 ml氨水的混合溶液中，该氨水所含NH₃的质量百分浓度为25%，在35℃、300 rpm搅拌条件下将0. 25 ml正硅酸四甲酯和0.05 ml1,2-双(三乙氧基硅基)苯，反应24 h，随着反应的进行，正硅酸四乙酯和1,2-双(三乙氧基硅基)苯发生水解，水解的硅物种与表面活性剂进行自组装，并在其表面交联缩合，得到白色的溶液，形成具有高缩合度表面的介孔有机氧化硅；

第二步：将第一步所得白色溶液离心、水洗，收集固相部分转移至200 ml 0.3 M的NaOH溶液中，刻蚀20 min，刻蚀掉内部低缩合度的有机氧化硅骨架，形成柔性中空结构；

本实施例中得到的柔性中空介孔有机氧化硅纳米囊材料的透射电子显微镜照片如图2所示，具有中空结构，骨架为硫醚基团桥联的有机氧化硅，粒径为240 nm，孔道的孔径为2.6nm，将测定，其比表面积为679m²/g。柔性中空介孔有机氧化硅纳米囊材料表面固定二氧化硅的透射电子显微镜照片如图3所示，软球在溶液中生长氧化硅固定后为球形，固定后为不可形变。与未固定的球相比，说明固定前的中空球具有柔性可形变的特性。

实施例3：

如图4所示，一种柔性中空介孔有机氧化硅纳米囊材料，所述柔性中空介孔有机氧化硅纳米囊材料是具有中空结构的柔性有机氧化硅颗粒，所述有机氧化硅颗粒由表面活性剂、氨水、乙醇、水、正硅酸四乙酯、桥联型有机氧化硅源、碱溶液和浓盐酸制成，所述有机氧化硅颗粒的外壳具有介孔孔道，所述柔性中空介孔有机氧化硅纳米囊材料的制备方法，包括以下步骤：

第一步：将0.16 g十六烷基三甲基溴化铵溶于75ml水、30ml乙醇和1 ml氨水的混合溶液中，该氨水所含NH₃的质量百分浓度为25%，在35℃、300 rpm搅拌条件下将0. 25 ml正硅酸四乙酯和0.25 ml1,2-二(三乙氧基硅基)乙烷，反应24 h，随着反应的进行，正硅酸四乙酯和1,2-二(三乙氧基硅基)乙烷发生水解，水解的硅物种与表面活性剂进行自组装，并在其表面交联缩合，得到白色的溶液，形成具有高缩合度表面的介孔有机氧化硅；

第二步：将第一步所得白色溶液离心、水洗，收集固相部分转移至15 ml 1 M的NaHCO₃溶液中，刻蚀10 min，刻蚀掉内部低缩合度的有机氧化硅骨架，形成柔性中空结构；

第三步：将第二步所得的反应产物离心、水洗，转移至100 μl浓盐酸和200 ml乙醇的混合溶液中，在60 ℃条件下加热3h萃取去除表面活性剂，重复3次，最终得到柔性中空介孔有机氧化硅纳米囊。

本实施例中得到的柔性中空介孔有机氧化硅纳米囊材料的透射电子显微镜照片如图4所示，具有中空结构，骨架为硫醚基团桥联的有机氧化硅，粒径为280 nm，孔道的孔径为2.9nm，将测定，其比表面积为280 m²/g。

本发明未涉及部分均与现有技术相同或可采用现有技术加以实现。

以上对本申请的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本申请并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改，这并不影响本申请的实质内容。

Claims

1.一种柔性中空介孔有机氧化硅纳米囊材料，其特征在于：所述柔性中空介孔有机氧化硅纳米囊材料是具有中空结构的柔性有机氧化硅颗粒，所述有机氧化硅颗粒由表面活性剂、氨水、乙醇、水、正硅酸四乙酯、桥联型有机氧化硅源、碱溶液和浓盐酸制成，所述有机氧化硅颗粒的外壳具有介孔孔道，所述有机氧化硅颗粒中含有硫醚基团、苯基或乙烷基团；所述有机氧化硅颗粒的粒径为240~300nm；所述介孔孔道的孔径为2.6~3.2nm，比表面为280~880 m²/g；所述的柔性中空介孔有机氧化硅纳米囊材料的制备方法，包括如下步骤：

第一步：将表面活性剂溶于氨水、乙醇和水的混合溶液中，在20~50℃加热搅拌条件下加入正硅酸四乙酯和桥联型有机氧化硅源，进行反应后，得到乳白色溶液，所述桥联型有机氧化硅源选自1,2-二(三乙氧基硅基)乙烷、双[γ-(三乙氧基硅基)丙基]四硫化物或1,2-双(三乙氧基硅基)苯；

2.根据权利要求1所述的柔性中空介孔有机氧化硅纳米囊材料，其特征在于：所述表面活性剂为十六烷基三甲基溴化铵或十六烷基三甲基氯化铵。

3.根据权利要求1所述的柔性中空介孔有机氧化硅纳米囊材料，其特征在于：所述氨水、乙醇和水的混合溶液中氨水、乙醇和水体积比1 mL氨水：30mL乙醇：75mL水，所述氨水所含NH₃的质量百分浓度为25%。

4.根据权利要求1所述的柔性中空介孔有机氧化硅纳米囊材料，其特征在于：所述固液分离的方法是离心和水洗。

5.根据权利要求1所述的柔性中空介孔有机氧化硅纳米囊材料，其特征在于：所述碱溶液为氢氧化钠、碳酸钠或碳酸氢钠溶液，浓度为0.1~1.0M。

6.根据权利要求1所述的柔性中空介孔有机氧化硅纳米囊材料，其特征在于：所述浓盐酸和乙醇的混合溶液中浓盐酸和乙醇体积比为100μL浓盐酸：200mL乙醇。