CN107324308A - 一种核壳结构的介孔碳纳米粒及用作紫杉醇载体的用途 - Google Patents

一种核壳结构的介孔碳纳米粒及用作紫杉醇载体的用途 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种核壳结构的介孔碳纳米粒及用作紫杉醇载体的用途，该核壳结构的介孔碳纳米粒由植物淀粉、壳聚糖和谷氨酰胺经三偏磷酸钠、六偏磷酸钠在pH为5.5‑6.5的弱酸性条件下经水热反应交联制备而成；水热反应的温度为180‑200℃，水热反应的时间为18‑24h，最后离心、洗涤、干燥、煅烧、研磨。本发明提供的介孔碳纳米粒具有典型的核壳结构，该核壳结构的纳米粒表面积大，载药量高，对紫杉醇的载药率高达70％，而且对细胞无明显的细胞毒性，安全性高，可以用作紫杉醇的药物载体，有助于提高紫杉醇的水溶性和生物利用度。

Description

一种核壳结构的介孔碳纳米粒及用作紫杉醇载体的用途
技术领域
本发明属于材料领域，涉及药物载体材料，具体涉及一种核壳结构的介孔碳纳米粒及用作紫杉醇载体的用途。
背景技术
紫杉醇是一种从裸子植物红豆杉的树皮分离提纯的天然次生代谢产物，经临床验证，具有良好的抗肿瘤作用，特别是对癌症发病率较高的卵巢癌、子宫癌和乳腺癌等有特效。紫杉醇是近年国际市场上最热门的抗癌药物，被认为是人类未来20年间最有效的抗癌药物之一。
紫杉醇为白色结晶体粉末，无臭，无味，难溶于水，体内生物利用度低。
改善难溶性药物水溶性是提高生物利用度的关键。大多数通过成盐、微粉化等方法提高药物的溶出速率。而目前固体分散体、包合物等技术得到广泛关注。其中无机介孔材料如介孔硅材料、介孔碳材料制备的固体分散体为改善难溶性药物水溶性提供新思路。
介孔材料是指具有孔径在2-50nm之间有序孔道结构的材料，它们具有较大的比表面积、孔容积和有序开放的孔道结构，在吸附、催化、能量储存等领域有较为广泛的应用。Vallet等【参考文献：ANew Property ofMCM-41:Drug Delivery System，Chem.Mater.,2001,13(2),pp 308–311】2001年首次报道了以介孔分子筛作为药物的缓释载体，近年来基于介孔碳材料在药物传递系统的应用得到了研究者们的密切关注。
王欢等制备了一种氧化介孔碳球纳米粒，将紫杉醇负载在该纳米粒上有助于提高紫杉醇的水溶性和生物利用度【参考文献：氧化介孔碳球纳米粒作为紫杉醇载体的研究，药学实践杂志2015年3月25日第33卷第2期】。虽然该纳米粒对紫杉醇的载药量达到45.56％，但是，仍有进一步提高的空间。
发明内容
本发明的目的在于提供一种介孔碳纳米粒材料，用作紫杉醇载体时可以显著提高紫杉醇的载药量，等量活性成分下的制剂总量显著降低。
本发明由如下技术方案得以实现：
一种具有核壳结构的介孔碳纳米粒，由植物淀粉、壳聚糖和谷氨酰胺经三偏磷酸钠、六偏磷酸钠在pH为5.5-6.5的弱酸性条件下经水热反应交联制备而成；水热反应的温度为180-200℃，水热反应的时间为18-24h，最后离心、洗涤、干燥、煅烧、研磨。
优选地，所述的介孔碳纳米粒通过如下重量份的原料制备而成：植物淀粉，30-50份；壳聚糖，20-30份；谷氨酰胺，10-20份；三偏磷酸钠，25-35份；六偏磷酸钠，4-8份；制备条件优选pH为5.5-6.5的弱酸性条件。
优选地，所述的介孔碳纳米粒通过如下重量份的原料制备而成：植物淀粉，40份；壳聚糖，25份；谷氨酰胺，15份；三偏磷酸钠，30份；六偏磷酸钠，6份；制备条件优选pH为6.0的弱酸性条件。
上述介孔碳纳米粒的制备方法，包括步骤：
步骤S1，糊化：取植物淀粉加入蒸馏水中，加热搅拌得均匀透明的淀粉溶液，静置待用；
步骤S2，交联：将壳聚糖、谷氨酰胺、三偏磷酸钠和六偏磷酸钠加入到上述淀粉溶液中，加酸调节pH值为5.5-6.5，搅拌溶解，然后转入聚四氟乙烯内胆的反应釜中进行水热反应，水热反应的温度为180-200℃，水热反应的时间为18-24h；
步骤S3，制粒：离心、洗涤、干燥、煅烧、研磨即得所述介孔碳纳米粒。
优选地，淀粉溶液中淀粉质量浓度为10-20％。
优选地，所述酸优选盐酸。
优选地，水热反应条件为190℃反应21小时。
上述介孔碳纳米粒用作紫杉醇载体的医药用途。
本发明的优点：
本发明提供的介孔碳纳米粒具有典型的核壳结构，该核壳结构的纳米粒表面积大，载药量高，对紫杉醇的载药率高达70％，而且对细胞无明显的细胞毒性，安全性高，可以用作紫杉醇的药物载体，有助于提高紫杉醇的水溶性和生物利用度。
附图说明
图1为本发明核壳结构介孔碳纳米粒的SEM扫描电镜图(A)和TEM透射电镜图(B)；
图2为实施例1-5制备的介孔碳纳米粒对紫杉醇的载药率(％)。
具体实施方式
下面结合实施例详细介绍本发明的实质性技术方案。
实施例1 介孔碳纳米粒的制备
原料(重量份)：马铃薯淀粉，40份；壳聚糖，25份；谷氨酰胺，15份；三偏磷酸钠，30份；六偏磷酸钠，6份。淀粉也可以使用玉米淀粉。
制备方法，包括如下步骤：
步骤S1，糊化：取马铃薯淀粉加入蒸馏水中，50℃加热搅拌得均匀透明的淀粉溶液，静置待用；其中，淀粉溶液中马铃薯淀粉的质量浓度为15％；
步骤S2，交联：将壳聚糖、谷氨酰胺、三偏磷酸钠和六偏磷酸钠加入到上述淀粉溶液中，加盐酸调节pH值为6.0，搅拌溶解，然后转入聚四氟乙烯内胆的反应釜中进行水热反应，水热反应的温度为190℃，水热反应的时间为21h；
步骤S3，制粒：离心、洗涤、干燥、煅烧、研磨即得所述介孔碳纳米粒。
图1为该实施例制备的介孔碳纳米粒的SEM扫描电镜图(A)和TEM透射电镜图(B)，从图1中可以看出，该实施例制备的介孔碳纳米粒具有典型的核壳结构，粒径分布均匀。
实施例2 介孔碳纳米粒的制备
原料(重量份)：马铃薯淀粉，30份；壳聚糖，20份；谷氨酰胺，10份；三偏磷酸钠，25份；六偏磷酸钠，4份。淀粉也可以使用玉米淀粉。
制备方法，包括如下步骤：
步骤S1，糊化：取马铃薯淀粉加入蒸馏水中，50℃加热搅拌得均匀透明的淀粉溶液，静置待用；其中，淀粉溶液中马铃薯淀粉的质量浓度为10％；
步骤S2，交联：将壳聚糖、谷氨酰胺、三偏磷酸钠和六偏磷酸钠加入到上述淀粉溶液中，加盐酸调节pH值为5.5，搅拌溶解，然后转入聚四氟乙烯内胆的反应釜中进行水热反应，水热反应的温度为180℃，水热反应的时间为24h；
步骤S3，制粒：离心、洗涤、干燥、煅烧、研磨即得所述介孔碳纳米粒。
该实施例制备的介孔碳纳米粒的结构与实施例1基本一致，电镜图下结构相同。
实施例3 介孔碳纳米粒的制备
原料(重量份)：马铃薯淀粉，50份；壳聚糖，30份；谷氨酰胺，20份；三偏磷酸钠，35份；六偏磷酸钠，8份。淀粉也可以使用玉米淀粉。
制备方法，包括如下步骤：
步骤S1，糊化：取马铃薯淀粉加入蒸馏水中，50℃加热搅拌得均匀透明的淀粉溶液，静置待用；其中，淀粉溶液中马铃薯淀粉的质量浓度为20％；
步骤S2，交联：将壳聚糖、谷氨酰胺、三偏磷酸钠和六偏磷酸钠加入到上述淀粉溶液中，加盐酸调节pH值为6.5，搅拌溶解，然后转入聚四氟乙烯内胆的反应釜中进行水热反应，水热反应的温度为200℃，水热反应的时间为18h；
步骤S3，制粒：离心、洗涤、干燥、煅烧、研磨即得所述介孔碳纳米粒。
该实施例制备的介孔碳纳米粒的结构与实施例1基本一致，电镜图下结构相同。
实施例4 介孔碳纳米粒的制备，与实施例1对比，六偏磷酸钠用等量三偏磷酸钠替代
原料(重量份)：马铃薯淀粉，40份；壳聚糖，25份；谷氨酰胺，15份；三偏磷酸钠，36份。淀粉也可以使用玉米淀粉。
制备方法，包括如下步骤：
步骤S1，糊化：取马铃薯淀粉加入蒸馏水中，50℃加热搅拌得均匀透明的淀粉溶液，静置待用；其中，淀粉溶液中马铃薯淀粉的质量浓度为15％；
步骤S2，交联：将壳聚糖、谷氨酰胺、三偏磷酸钠加入到上述淀粉溶液中，加盐酸调节pH值为6.0，搅拌溶解，然后转入聚四氟乙烯内胆的反应釜中进行水热反应，水热反应的温度为190℃，水热反应的时间为21h；
步骤S3，制粒：离心、洗涤、干燥、煅烧、研磨即得所述介孔碳纳米粒。
电镜下显示，该实施例制备的介孔碳纳米粒呈球状均匀分布，但是没有核壳结构。
实施例5 介孔碳纳米粒的制备，与实施例1对比，三偏磷酸钠用等量六偏磷酸钠替代
原料(重量份)：马铃薯淀粉，40份；壳聚糖，25份；谷氨酰胺，15份；六偏磷酸钠，36份。淀粉也可以使用玉米淀粉。
制备方法，包括如下步骤：
步骤S1，糊化：取马铃薯淀粉加入蒸馏水中，50℃加热搅拌得均匀透明的淀粉溶液，静置待用；其中，淀粉溶液中马铃薯淀粉的质量浓度为15％；
步骤S2，交联：将壳聚糖、谷氨酰胺、六偏磷酸钠加入到上述淀粉溶液中，加盐酸调节pH值为6.0，搅拌溶解，然后转入聚四氟乙烯内胆的反应釜中进行水热反应，水热反应的温度为190℃，水热反应的时间为21h；
步骤S3，制粒：离心、洗涤、干燥、煅烧、研磨即得所述介孔碳纳米粒。
电镜下显示，该实施例制备的介孔碳纳米粒呈球状均匀分布，但是没有核壳结构。
实施例6 紫杉醇负载及载药量计算
采用溶剂浸渍平衡与溶剂挥发过程装载抗肿瘤药物紫杉醇。步骤如下：分别将10mg实施例1-5制备的纳米粒超声分散于10mL浓度为2mg/mL紫杉醇-乙醇溶液中，超声处理30min后，继续搅拌24h。之后在室温中，减压状态下缓慢旋转蒸发2h以去除有机溶剂。再用乙醇与水交替洗涤固体3次，离心收集沉淀，40℃下真空干燥，即得装载有紫杉醇的纳米粒。
载药量的计算方法：首先精密称取5mg的载药纳米粒超声分散于200mL的甲醇中，搅拌12h使载体中的药物充分释放溶解。溶液高速离心后，0.22μm滤膜过滤。利用紫外可见分光光度法测定滤液在227nm处的吸光度值，代入紫杉醇标准曲线，计算载药纳米粒分散体系中紫杉醇的含量，并按以下公式计算载药率：
载药率＝(载药纳米粒中的药物含量/载药纳米粒的总量)×100％。
各实施例纳米粒对紫杉醇的载药率表1和图2所示。
表1 各实施例纳米粒对紫杉醇的载药率(％，n＝3)
实施例1 实施例2 实施例3 实施例4 实施例5
载药率(％) 71.3±3.4 69.8±2.7 70.2±3.1 41.3±2.6 45.8±2.9
实施例1-3制备的介孔碳纳米粒对紫杉醇具有相当高的载药率，据申请人所知，这是现有技术中对紫杉醇载药率最高的载体，此前对紫杉醇载药率最高的载体为由ShiyiZhang等制备的一种PEO-b-PPE-g多功能纳米粒，载药量高达65％【参考文献：Poly(ethylene oxide)-block-polyphosphester-based Paclitaxel Conjugates as aPlatform for Ultra-high Paclitaxel-loaded Multifunctional Nanoparticles,ChemSci.2013】。
上述实施例表明，本发明介孔碳纳米粒的核壳结构与交联剂三偏磷酸钠、六偏磷酸钠有关，核壳结构又对本发明介孔碳纳米粒对紫杉醇的载药量发挥了重要作用。
实施例7 安全性评价
根据GB/T 16886.5-2003测试材料的细胞毒性，采用MTT法考察材料与细胞直接接触对细胞产生的影响。操作步骤：将L929小鼠成纤维细胞培养在RPMI-1640培养液中，加入已经灭菌的样品(实施例1-3制备的纳米粒，1mL培养基中添加1mg纳米粒)，并配制成1×104个/mL的细胞悬液，放入37℃、5％CO2的培养箱中分别培养一个星期。然后在每孔中加入50μL 5mg/mL的MTT溶液和100μL细胞培养液，再在培养箱中继续培养4h。随后吸去MTT溶液和细胞培养液，每孔加入100μL DMSO，采用酶标仪在波长为490nm处测定吸光度值，根据吸光度值计算细胞相对增殖率：
相对增殖率(％)＝实验组OD值/阴性对照组OD值×100％。
每组样品平行进行5组，记为平均值±标准偏差，统计学方差分析采用单向分析法，结果达到95％表示显著性差异(p＜0.05)。
结果表明，实施例1-3组细胞相对增殖率在90.3-94.6％范围内。根据相关标准，L929细胞的相对增殖率在75-99％内可认为L929细胞不受材料的影响。因此，实施例1-3提供的介孔碳纳米粒的细胞相容性较好，无毒副作用。
本发明提供的介孔碳纳米粒具有典型的核壳结构，该核壳结构的纳米粒表面积大，载药量高，对紫杉醇的载药率高达70％，而且对细胞无明显的细胞毒性，安全性高，可以用作紫杉醇的药物载体，有助于提高紫杉醇的水溶性和生物利用度。

Claims (8)

1.一种具有核壳结构的介孔碳纳米粒，其特征在于：由植物淀粉、壳聚糖和谷氨酰胺经三偏磷酸钠、六偏磷酸钠在pH为5.5-6.5的弱酸性条件下经水热反应交联制备而成；水热反应的温度为180-200℃，水热反应的时间为18-24h，最后离心、洗涤、干燥、煅烧、研磨。
2.根据权利要求1所述的介孔碳纳米粒，其特征在于，通过如下重量份的原料制备而成：植物淀粉，30-50份；壳聚糖，20-30份；谷氨酰胺，10-20份；三偏磷酸钠，25-35份；六偏磷酸钠，4-8份；制备条件优选pH为5.5-6.5的弱酸性条件。
3.根据权利要求2所述的介孔碳纳米粒，其特征在于，通过如下重量份的原料制备而成：植物淀粉，40份；壳聚糖，25份；谷氨酰胺，15份；三偏磷酸钠，30份；六偏磷酸钠，6份；制备条件优选pH为6.0的弱酸性条件。
4.权利要求1-3任一所述介孔碳纳米粒的制备方法，其特征在于，包括步骤：
步骤S1，糊化：取植物淀粉加入蒸馏水中，加热搅拌得均匀透明的淀粉溶液，静置待用；
步骤S2，交联：将壳聚糖、谷氨酰胺、三偏磷酸钠和六偏磷酸钠加入到上述淀粉溶液中，加酸调节pH值为5.5-6.5，搅拌溶解，然后转入聚四氟乙烯内胆的反应釜中进行水热反应，水热反应的温度为180-200℃，水热反应的时间为18-24h；
步骤S3，制粒：离心、洗涤、干燥、煅烧、研磨即得所述介孔碳纳米粒。
5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于：淀粉溶液中淀粉质量浓度为10-20％。
6.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于：所述酸优选盐酸。
7.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于：水热反应条件为190℃反应21小时。
8.权利要求1-3任一所述介孔碳纳米粒用作紫杉醇载体的医药用途。
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