CN107814952A - 一种木质素纳米颗粒及同步载药的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于化学材料和生物医学领域，公开了一种木质素纳米颗粒及同步载药的制备方法。该方法包括以下步骤：将木质素或木质素/药物的混合物溶解于高浓度的苯磺酸盐类水溶液中，然后再加水稀释,搅拌析出纳米颗粒絮聚物，离心分离即得所需的木质素纳米颗粒或木质素载药纳米颗粒，其平均粒径可控制在100～1000nm。所得木质素纳米颗粒具有良好的分散及吸附性能，有望应用于废水处理、染料和药物等体系。而所得的木质素载药纳米颗粒所包埋或吸附的药物量高，能实现药物的缓释。本发明公开的制备方法简单可行，所用苯磺酸盐及药物均易回收，且可以重复利用，对环境无负面影响，具有良好的应用前景。
Description
技术领域
本发明属于化学材料和生物医学领域，特别涉及一种木质素纳米颗粒及同步载药的制备方法。
背景技术
纳米颗粒由于其纳米级别的尺度，往往具有显著的表面效应、小尺寸效应和宏观量子隧道效应，使它在物理或化学方面展现出特异的性质。因此，纳米颗粒将在许多领域具有很好的应用前景，如纳米催化材料、纳米功能材料、纳米半导体材料和纳米医疗等。目前，纳米颗粒的制备原材料来源广泛，包括无机物和有机物。其中，天然高分子由于可再生和可生物降解性而逐渐引起科研工作者的关注。
木质素是以苯丙烷为基本单元的天然高分子。作为可再生资源植物细胞壁中主要组成之一，木质素的储量仅次于纤维素，是地球上第二丰富的生物质资源。然而，作为是制浆造纸工业或者新兴的生物燃料乙醇制备工业的副产物，木质素常常被丢弃或者低附加值利用。木质素的低附加值利用主要是对工业木质素进行适当改性再用于精细化工领域，如分散剂和减水剂等。但即便如此，利用规模依然有限，大部分的工业木质素的回收利用仍停留在经浓缩后直接燃烧，这无疑造成极大的资源浪费。因此，将木质素制备成纳米颗粒，将赋予木质素一些特性，提高其利用价值，在资源的可持续利用上具有重大的意义。近年来，关于木质素纳米颗粒的报道已有一些。如Qian等(Y.Qian,Q.Zhang,X.Q.Qiu and S.P.Zhu,CO2-responsive diethylaminoethyl-modified lignin nanoparticles and theirapplication as surfactants for CO2/N2-switchable Pickering emulsions[J],GreenChemistry,2014,16,4963-4968.)将乙酰化改性后的木质素溶于四氢呋喃(THF)，然后滴加水从而制备出木质素纳米颗粒。Lievonen等(M.Lievonen,J.J.Valle-Delgado,M.L.Mattinen,E.L.Hult,K.Lintinen,M.A.Kostiainen,A.Paananen,G.R.Szilvay,H.Setala and M.Osterberg,A simple process for lignin nanoparticlepreparation,Green Chemistry[J],2016,18,1416-1422.])将特定的碱木质素溶于THF，然后使用大量的水进行透析，从而制得木质素纳米颗粒。然而，这些制备方法基本使用有机溶剂，或者先对木质素进行改性，甚至需要消耗大量的水，这些方法无疑对环境存在隐患，制约木质素纳米颗粒的工业化推广。另外，目前已有的报道关于制备木质素纳米颗粒方法不能实现对药物的同步或一锅法负载，且对药物的负载量较低。
发明内容
为了克服上述现有技术的缺点与不足，本发明的首要目的在于提供一种木质素纳米颗粒及同步载药的制备方法。该方法以工业非水溶性木质素和药物为原料，用高浓度的苯磺酸盐类水溶液溶解木质素或木质素/药物共混物，在搅拌下加水或加入水中稀释形成木质素纳米颗粒或木质素载药纳米颗粒，该方法的制备工艺简单，生产成本低，药品可以回收利用，实现了零排放，有效提高了木质素的产品附加值，有利于该技术的推广应用，且为药物载体的研发提供了新思路。
本发明的目的通过下述方案实现：
一种木质素纳米颗粒及同步载药的制备方法，其主要包括以下步骤：将木质素或木质素/药物的混合物溶解于高浓度的苯磺酸盐类水溶液中，然后再加水稀释，搅拌析出纳米颗粒絮聚物，离心分离即得所需的木质素纳米颗粒或木质素载药纳米颗粒。
所述的木质素可为碱木质素、乙醇木质素和酶解木质素中的至少一种。
所述的药物包括水溶性和非水溶性药物；优选的，所述的药物包括农药、抗生素和抗肿瘤药物；更优选的，所述的药物包括加替沙星、阿霉素和多烯紫杉醇。
所述的苯磺酸盐类指对甲苯磺酸钠、二甲苯磺酸钠和异丙苯磺酸钠等的一种或一种以上混合；所述的高浓度苯磺酸盐类水溶液是指摩尔浓度为0.5～2mol/L。
所述的将木质素溶解于高浓度的苯磺酸盐类水溶液的方法为：木质素与苯磺酸盐类水溶液的质量体积比为1～300:1(g/L)，在20～60℃，搅拌0.5～3小时使木质素充分溶解；
所述的将木质素/药物的混合物溶解于高浓度的苯磺酸盐类水溶液的方法为：将木质素和药物(质量比为0.5～5：1)同时溶于苯磺酸盐类水溶液中，常温下搅拌0.5～3小时使它们完全溶解，木质素和药物的总质量浓度为1～300g/L。
所述的加水稀释是指使苯磺酸盐类的浓度降低至0.01～0.5mol/L。
所述的木质素来源包括针叶材、阔叶材和草本类植物；优选的，所述的木质素来源包括云杉、马尾松、落叶松，桦木、桉木、杨木，麦草、稻草、玉米秸秆、甘蔗渣、芦苇等。其分离手段包括乙醇蒸煮法，碱法蒸煮，酶解，获得的木质素分别为乙醇木质素、碱木质素和酶解木质素。上述不同原料、不同分离手段所得的木质素可以从市场购买，也可按照公开的文献自行制备。
所述木质素纳米颗粒或木质素载药纳米颗粒平均粒径为100～1000nm。
所述的木质素纳米颗粒具有良好的分散及吸附性能，有望应用于废水处理、染料和药物等体系。而所得的木质素载药纳米颗粒所包埋或吸附的药物量高，能实现药物的缓释。
本发明相对于现有技术，具有如下的优点及有益效果：
(1)本发明涉及的木质素原料来源广泛，即可采用工业碱木质素也可以采用生产生物燃料乙醇的酶水解木质素，方法对原料的适应性强。
(2)本发明涉及的方法，工艺条件简单，常温常压，设备简单，操作简便，采用的水溶助溶剂无毒，可重复利用且可生物降解。
(3)本发明制得木质素载药纳米颗粒，缓释效果明显，对于易光解的药物具有有效的保护作用。
(4)本发明首次实现了木质素纳米颗粒及载药的同步制备方法，使药物高效负载，对药物的高效利用和木质素在生物医学领域的高值化应用都具有重要的启发意义。
附图说明
图1为实施例1中的木质素纳米颗粒的透射电子显微镜图(TEM)。
图2为实施例24中的木质素载药纳米颗粒分散体的药物释放百分比与时间的关系曲线图。
具体实施方式
下面结合实施例和附图对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。
实施例中所用试剂如无特殊说明均可从市场常规购得。酶解木质素由山东龙力生物科技股份有限公司提供，碱木质素从Sigma Aldrich购得。
实施例1
称取绝干重为10mg的碱木质素置于离心管中，加入2mL的2mol/L对甲苯磺酸钠水溶液在常温常压下搅拌进行溶解，溶解的木质素溶液加6mL的去离子水进行稀释。离心分离出沉淀物，重新加入去离子水即可得到木质素纳米颗粒分散体，该分散体用动态光散射粒度仪测得平均粒径为130.8nm。本实施例制备得到的木质素纳米颗粒的透射电子显微镜图(TEM)如图1所示，从图1中可以看出，木质素颗粒呈不规则形状。
实施例2
称取绝干重为16mg的碱木质素置于离心管中，加入2mL的2mol/L对甲苯磺酸钠水溶液在常温常压下搅拌进行溶解，溶解的木质素溶液加6mL的去离子水进行稀释。离心分离出沉淀物，重新加入去离子水即可得到木质素纳米颗粒分散体，该分散体用动态光散射粒度仪测得平均粒径为133.75nm。
实施例3
称取绝干重为20mg的碱木质素置于离心管中，加入2mL的2mol/L对甲苯磺酸钠水溶液在常温常压下搅拌进行溶解，溶解的木质素溶液加6mL的去离子水进行稀释。离心分离出沉淀物，重新加入去离子水即可得到木质素纳米颗粒分散体，该分散体用动态光散射粒度仪测得平均粒径为137.9nm。
实施例4
称取绝干重为30mg的碱木质素置于离心管中，加入2mL的2mol/L对甲苯磺酸钠水溶液在常温常压下搅拌进行溶解，溶解的木质素溶液加6mL的去离子水进行稀释。离心分离出沉淀物，重新加入去离子水即可得到木质素纳米颗粒分散体，该分散体用动态光散射粒度仪测得平均粒径为139.1nm。
实施例5
称取绝干重为40mg的碱木质素置于离心管中，加入2mL的2mol/L对甲苯磺酸钠水溶液在常温常压下搅拌进行溶解，溶解的木质素溶液加6mL的去离子水进行稀释。离心分离出沉淀物，重新加入去离子水即可得到木质素纳米颗粒分散体，该分散体用动态光散射粒度仪测得平均粒径为144.5nm。
实施例6
称取绝干重为60mg的碱木质素置于离心管中，加入2mL的2mol/L对甲苯磺酸钠水溶液在常温常压下搅拌进行溶解，溶解的木质素溶液加6mL的去离子水进行稀释。离心分离出沉淀物，重新加入去离子水即可得到木质素纳米颗粒分散体，该分散体用动态光散射粒度仪测得平均粒径为153.5nm。
实施例7
称取绝干重为100mg的碱木质素置于离心管中，加入2mL的2mol/L对甲苯磺酸钠水溶液在常温常压下搅拌进行溶解，溶解的木质素溶液加6mL的去离子水进行稀释。离心分离出沉淀物，重新加入去离子水即可得到木质素纳米颗粒分散体，该分散体用动态光散射粒度仪测得平均粒径为178.8nm。
实施例8
称取绝干重为160mg的碱木质素置于离心管中，加入2mL的2mol/L对甲苯磺酸钠水溶液在常温常压下搅拌进行溶解，溶解的木质素溶液加6mL的去离子水进行稀释。离心分离出沉淀物，重新加入去离子水即可得到木质素纳米颗粒分散体，该分散体用动态光散射粒度仪测得平均粒径为208.7nm。
实施例9
称取绝干重为2mg的碱木质素置于离心管中，加入2mL的2mol/L对甲苯磺酸钠水溶液在常温常压下搅拌进行溶解，溶解的木质素溶液加6mL的去离子水进行稀释。离心分离出沉淀物，重新加入去离子水即可得到木质素纳米颗粒分散体，该分散体用动态光散射粒度仪测得平均粒径为130nm。
实施例10
称取绝干重为200mg的碱木质素置于离心管中，加入2mL的2mol/L对甲苯磺酸钠水溶液在常温常压下搅拌进行溶解，溶解的木质素溶液加6mL的去离子水进行稀释。离心分离出沉淀物，重新加入去离子水即可得到木质素纳米颗粒分散体，该分散体用动态光散射粒度仪测得平均粒径为211.4nm。
实施例11
称取绝干重为300mg的碱木质素置于离心管中，加入2mL的2mol/L对甲苯磺酸钠水溶液在常温常压下搅拌进行溶解，溶解的木质素溶液加6mL的去离子水进行稀释。离心分离出沉淀物，重新加入去离子水即可得到木质素纳米颗粒分散体，该分散体用动态光散射粒度仪测得平均粒径为220.7nm。
实施例12
称取绝干重为400mg的碱木质素置于离心管中，加入2mL的2mol/L对甲苯磺酸钠水溶液在常温常压下搅拌进行溶解，溶解的木质素溶液加6mL的去离子水进行稀释。离心分离出沉淀物，重新加入去离子水即可得到木质素纳米颗粒分散体，该分散体用动态光散射粒度仪测得平均粒径为212.3nm。
实施例13
称取绝干重为20mg的碱木质素置于离心管中，加入2mL的1.5mol/L对二甲苯磺酸钠水溶液在常温常压下搅拌进行溶解，溶解的木质素溶液加8mL的去离子水进行稀释。离心分离出沉淀物，重新加入去离子水即可得到木质素纳米颗粒分散体，该分散体用动态光散射粒度仪测得平均粒径为126.6nm。
实施例14
称取绝干重为10mg的碱木质素置于离心管中，加入2mL的0.5mol/L对异丙苯磺酸钠水溶液在常温常压下搅拌进行溶解，溶解的木质素溶液加8mL的去离子水进行稀释。离心分离出沉淀物，重新加入去离子水即可得到木质素纳米颗粒分散体，该分散体用动态光散射粒度仪测得平均粒径为130.7nm。
实施例15
称取绝干重为20mg的酶解木质素置于离心管中，加入2mL的2mol/L对甲苯磺酸钠水溶液在常温常压下搅拌进行溶解，溶解的木质素溶液加6mL的去离子水进行稀释。离心分离出沉淀物，重新加入去离子水即可得到木质素纳米颗粒分散体，该分散体用动态光散射粒度仪测得平均粒径为211.1nm。
实施例16
称取绝干重为20mg的碱木质素置于离心管中，加入1mL的2mol/L对甲苯磺酸钠水溶液在常温常压下搅拌进行溶解，溶解的木质素溶液加4mL的去离子水进行稀释。离心分离出沉淀物，重新加入去离子水即可得到木质素纳米颗粒分散体，该分散体用动态光散射粒度仪测得平均粒径为190.0nm。
实施例17
称取绝干重为20mg的碱木质素置于离心管中，加入1mL的2mol/L对甲苯磺酸钠水溶液在常温常压下搅拌进行溶解，溶解的木质素溶液加7mL的去离子水进行稀释。离心分离出沉淀物，重新加入去离子水即可得到木质素纳米颗粒分散体，该分散体用动态光散射粒度仪测得平均粒径为149.2nm。
实施例18
称取绝干重为20mg的碱木质素置于离心管中，加入1mL的2mol/L对甲苯磺酸钠水溶液在常温常压下搅拌进行溶解，溶解的木质素溶液加9mL的去离子水进行稀释。离心分离出沉淀物，重新加入去离子水即可得到木质素纳米颗粒分散体，该分散体用动态光散射粒度仪测得平均粒径为148.0nm。
实施例19
称取绝干重为20mg的碱木质素置于离心管中，加入2mL的2mol/L对甲苯磺酸钠水溶液在常温常压下搅拌进行溶解，溶解的木质素溶液加18mL的去离子水进行稀释。离心分离出沉淀物，重新加入去离子水即可得到木质素纳米颗粒分散体，该分散体用动态光散射粒度仪测得平均粒径为127.7nm。
实施例20
称取绝干重为20mg的碱木质素和20mg的加替沙星(抗生素)置于离心管中，加入2mL的2mol/L对甲苯磺酸钠水溶液在常温常压下搅拌进行溶解，溶解的木质素和加替沙星溶液加6mL的去离子水进行稀释。离心分离出沉淀物，重新加入去离子水洗涤一遍即可得到木质素载药纳米颗粒分散体，该分散体用动态光散射粒度仪测得平均粒径为140.5nm。该纳米颗粒的加替沙星含量为29.1％(w/w)
实施例21
称取绝干重为40mg的碱木质素和40mg的加替沙星(抗生素)置于离心管中，加入2mL的2mol/L对甲苯磺酸钠水溶液在常温常压下搅拌进行溶解，溶解的木质素和加替沙星溶液加6mL的去离子水进行稀释。离心分离出沉淀物，重新加入去离子水洗涤一遍即可得到木质素载药纳米颗粒分散体，该分散体用动态光散射粒度仪测得平均粒径为152.7nm。该纳米颗粒的加替沙星含量为39.9％(w/w)。
实施例22
称取绝干重为60mg的碱木质素和60mg的加替沙星(抗生素)置于离心管中，加入2mL的2mol/L对甲苯磺酸钠水溶液在常温常压下搅拌进行溶解，溶解的木质素和加替沙星溶液加6mL的去离子水进行稀释。离心分离出沉淀物，重新加入去离子水洗涤一遍即可得到木质素载药纳米颗粒分散体，该分散体用动态光散射粒度仪测得平均粒径为158.3nm。该纳米颗粒的加替沙星含量为44.9％(w/w)。
实施例23
称取绝干重为80mg的碱木质素和80mg的加替沙星(抗生素)置于离心管中，加入2mL的2mol/L对甲苯磺酸钠水溶液在常温常压下搅拌进行溶解，溶解的木质素和加替沙星溶液加6mL的去离子水进行稀释。离心分离出沉淀物，重新加入去离子水洗涤一遍即可得到木质素载药纳米颗粒分散体，该分散体用动态光散射粒度仪测得平均粒径为162.6nm。该纳米颗粒的加替沙星含量为42.6％(w/w)。
实施例24
称取绝干重为100mg的碱木质素和100mg的加替沙星(抗生素)置于离心管中，加入2mL的2mol/L对甲苯磺酸钠水溶液在常温常压下搅拌进行溶解，溶解的木质素和加替沙星溶液加6mL的去离子水进行稀释。离心分离出沉淀物，重新加入去离子水洗涤一遍即可得到木质素载药纳米颗粒分散体，该分散体用动态光散射粒度仪测得平均粒径为170.3nm。该纳米颗粒的加替沙星含量为51.4％(w/w)。
实施例25
称取绝干重为160mg的碱木质素和160mg的加替沙星(抗生素)置于离心管中，加入2mL的2mol/L对甲苯磺酸钠水溶液在常温常压下搅拌进行溶解，溶解的木质素和加替沙星溶液加6mL的去离子水进行稀释。离心分离出沉淀物，重新加入去离子水洗涤一遍即可得到木质素载药纳米颗粒分散体，该分散体用动态光散射粒度仪测得平均粒径为180.1nm。该纳米颗粒的加替沙星含量为46.7％(w/w)。
实施例26
称取绝干重为100mg的碱木质素和100mg的阿霉素置于离心管中，加入2mL的2mol/L对甲苯磺酸钠水溶液在常温常压下搅拌进行溶解，溶解的木质素和阿霉素溶液加6mL的去离子水进行稀释。离心分离出沉淀物，重新加入去离子水洗涤一遍即可得到木质素载药纳米颗粒分散体，该分散体用动态光散射粒度仪测得平均粒径为392.3nm。该纳米颗粒的阿霉素含量为58.6％(w/w)。
实施例27
称取绝干重为40mg的碱木质素和40mg的阿霉素置于离心管中，加入2mL的2mol/L对甲苯磺酸钠水溶液在常温常压下搅拌进行溶解，溶解的木质素和阿霉素溶液加6mL的去离子水进行稀释。离心分离出沉淀物，重新加入去离子水洗涤一遍即可得到木质素载药纳米颗粒分散体，该分散体用动态光散射粒度仪测得平均粒径为287.4nm。该纳米颗粒的阿霉素含量为42.6％(w/w)。
对实施例24中的木质素载药纳米颗粒分散体进行药物释放试验，步骤为：载药的纳米颗粒置于0.9％的生理盐水中，每间隔一定时间测量所释放的药物浓度。结果如图2所示，从图2中可以看出，前12小时内，药物随着时间的延长缓慢释放，即该方法能够实现药物的缓释。
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种木质素纳米颗粒及同步载药的制备方法，其主要包括以下步骤：将木质素或木质素/药物的混合物溶解于高浓度的苯磺酸盐类水溶液中，然后再加水稀释,搅拌析出纳米颗粒絮聚物，离心分离即得所需的木质素纳米颗粒或木质素载药纳米颗粒。
2.根据权利要求1所述的木质素纳米颗粒及同步载药的制备方法，其特征在于：所述的木质素为碱木质素、乙醇木质素和酶解木质素中的至少一种；所述的药物包括水溶性和非水溶性药物。
3.根据权利要求2所述的木质素纳米颗粒及同步载药的制备方法，其特征在于：所述的药物包括农药、抗生素和抗肿瘤药物。
4.根据权利要求1所述的木质素纳米颗粒及同步载药的制备方法，其特征在于：所述的苯磺酸盐类水溶液指对甲苯磺酸钠水溶液、二甲苯磺酸钠水溶液和异丙苯磺酸钠水溶液的一种或一种以上混合；所述的高浓度苯磺酸盐类水溶液是指摩尔浓度为0.5～2mol/L。
5.根据权利要求1所述的木质素纳米颗粒及同步载药的制备方法，其特征在于：所述的将木质素溶解于高浓度的苯磺酸盐类水溶液的方法为：木质素与苯磺酸盐水溶液的质量体积比为1～300g:1L，在20～60℃，搅拌0.5～3小时使木质素充分溶解。
6.根据权利要求1所述的木质素纳米颗粒及同步载药的制备方法，其特征在于：所述的将木质素/药物的混合物溶解于高浓度的苯磺酸盐类水溶液的方法为：将质量比为0.5～5：1的木质素和药物同时溶于苯磺酸盐类水溶液中，常温下搅拌0.5～3小时使它们完全溶解，木质素和药物的总质量浓度为1～300g/L。
7.根据权利要求1所述的木质素纳米颗粒及同步载药的制备方法，其特征在于：所述的加水稀释是指使苯磺酸盐类的浓度降低至0.01～0.5mol/L。
8.根据权利要求1所述的木质素纳米颗粒及同步载药的制备方法，其特征在于：所述的木质素来源包括针叶材、阔叶材和草本类植物。
9.根据权利要求8所述的木质素纳米颗粒及同步载药的制备方法，其特征在于：所述的木质素来源包括云杉、马尾松、落叶松，桦木、桉木、杨木，麦草、稻草、玉米秸秆、甘蔗渣、芦苇。
10.根据权利要求1所述的木质素纳米颗粒及同步载药的制备方法，其特征在于：
所述木质素纳米颗粒或木质素载药纳米颗粒平均粒径为100～1000nm。
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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