CN109369700B - 光响应可降解中空介孔有机硅纳米复合粒子及其制备方法和应用 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了光响应可降解中空介孔有机硅纳米复合粒子及其制备方法和应用。首先制备含有蒽醌基团的桥联烷氧基硅烷前驱体；然后将此前驱体引入到中空介孔有机硅纳米粒子的外壳骨架中，得到中空介孔有机硅纳米粒子，并在表面修饰氧化石墨烯量子点，得到光响应可降解中空介孔有机硅纳米复合粒子。中空介孔结构保证纳米粒子作为抗肿瘤药物载体时具有较高的药物负载量；在光照条件下，纳米复合粒子能够发生降解，不仅可以高效释放负载药物，而且自身降解保证了载体的安全代谢，避免了毒性富集。
Description
技术领域
本发明属于纳米复合材料技术领域，具体涉及光响应可降解中空介孔有机硅纳米复合粒子及其制备方法和应用，所述应用涉及可作为药物载体。
背景技术
目前，临床上治疗癌症的主要手段之一是化疗，但是抗肿瘤药物具有巨大的副作用，不仅对肿瘤细胞具有杀伤作用，而且对人体正常组织也可能造成不可逆转的伤害。解决这一问题的有效途径之一，就是制备纳米抗肿瘤药物载体。纳米药物载体能够通过肿瘤细胞的增强渗透效应，被动靶向富集于肿瘤部位，从而增加抗肿瘤药物的利用效率，降低其毒副作用。
无机纳米药物载体(SiO2，Fe3O4、CaCO3等)的研究开发，克服了传统有机纳米药物载体(脂质体等)化学稳定性低、载药量低等缺点，特别是介孔二氧化硅纳米粒子MSN，这种纳米粒子作为药物载体具有优势：较大的比表面积和介孔体积，规则可调的孔道结构，表面易修饰等。近几年，基于MSN的纳米药物载体的研究取得了巨大的发展。但是，MSNs很难在人体内完全代谢，可能会迅速在肝脏和脾脏(网状内皮系统(RES))等部位富集，从而带来长期毒性等问题。因此制备可生物降解的纳米粒子，既具有无机纳米药物载体的有点，又能够保证药物载体自身的安全代谢性，成为药物载体领域研究的重点。
有机硅纳米粒子是一类新型的有机-无机杂化纳米介孔材料，有机官能团可以通过SiO1.5桥联基团(例如(EtO)3Si-R-Si(OEt)3，R＝CH2-CH2，C6H4)的形式均匀分布材料的结构骨架中，通过调整桥联基团的种类，就可以调控整个有机硅纳米粒子的性质。研究人员已经成功制备出含有二硫键烷氧基硅烷前驱体的氧化还原型可降解有机硅纳米粒子和含有酶响应官能团的自降解有机硅纳米粒子，这两类纳米粒子在细胞内部环境的刺激下发生降解，从而加速负载药物的释放以及自身的安全降解。但是这类刺激响应型可降解有机硅纳米粒子的种类偏少，一定程度上限制了其作为抗肿瘤药物载体的应用。另外，如何精确的控制纳米粒子降解的时间和部位，依然是该领域亟待解决的问题之一。制备光响应可降解中空介孔有机硅纳米粒子，通过光照精确控制纳米粒子降解，为这一问题的解决提供了新的思路。
发明内容
发明目的：本发明所要解决的技术问题是提供了含有蒽醌基团的桥联烷氧基硅烷前驱体。
本发明还要解决的技术问题是提供了光响应可降解中空介孔有机硅纳米复合粒子。
本发明还要解决的技术问题是提供了光响应可降解中空介孔有机硅纳米复合粒子。
本发明最后要解决的技术问题是提供了光响应可降解中空介孔有机硅纳米复合粒子的应用。
技术方案：为了解决上述技术问题，本发明公开了含有蒽醌基团的桥联烷氧基硅烷前驱体，所述含有蒽醌基团的桥联烷氧基硅烷前驱体通过三乙胺、硅烷偶联剂和9,10-双(3-羟基丙氧基)蒽醌溶于有机溶剂制备而成。
其中，本发明通过公开的方法制备9,10-双(3-羟基丙氧基)蒽醌，结构式如下：
其中，所述三乙胺、硅烷偶联剂、9,10-双(3-羟基丙氧基)蒽醌的质量比为1～2∶2～4∶1～3。
本发明还公开了光响应可降解中空介孔有机硅纳米复合粒子，所述复合粒子按重量份数包括以下组分制成：十六烷基三甲基溴化铵1～2份、三乙胺0.5～1份、1～5ml正硅酸四乙酯1～5份、含有蒽醌基团的桥联烷氧基硅烷前驱体0.5～1份、γ―氨丙基三乙氧基硅烷0.5～1份、1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺盐酸盐0.015～0.02份、N-羟基琥珀酰亚胺0.04～0.1份、氧化石墨烯量子点水溶液1～3份。
本发明还公开了所述的光响应可降解中空介孔有机硅纳米复合粒子的制备方法，包括以下步骤：
1)含有蒽醌基团的桥联烷氧基硅烷前驱体的制备：将三乙胺、硅烷偶联剂、9,10-双(3-羟基丙氧基)蒽醌溶于有机溶剂中，于50～80℃反应8～24h；产物经色谱柱提纯得到含有蒽醌基团的桥联烷氧基硅烷前驱体；
2)中空介孔有机硅纳米粒子的制备：将十六烷基三甲基溴化铵溶解于水中，然后加入三乙胺和正硅酸四乙酯，80～100℃下反应1～5h；然后加入混合物(正硅酸四乙酯和桥联烷氧基硅烷前驱体)，继续反应4～6h；离心洗涤之后，将得到白色固体重新分散至水中，加入1～5ml氨水，80～100℃搅拌6～12h，搅拌速度为500～800r/min，离心，水洗干燥后得到中空介孔有机硅纳米粒子；
3)光响应可降解中空介孔有机硅纳米复合粒子的制备：将中空介孔有机硅纳米粒子分散至水中，滴加γ—氨丙基三乙氧基硅烷，搅拌12～24h得到混合液；将1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺盐酸盐、N-羟基琥珀酰亚胺、氧化石墨烯量子点水溶液加入到上述混合液中，继续搅拌12～24h，离心干燥后得到光响应可降解中空介孔有机硅纳米复合粒子。
其中，所述步骤1)的三乙胺、硅烷偶联剂、9,10-双(3-羟基丙氧基)蒽醌的质量比例为1～2：2～4：1～3；所述步骤1)的有机溶剂为四氢呋喃或二氯甲烷；所述硅烷偶联剂为3-氨基丙基三乙氧基硅烷或者3-异氰酸酯基丙基三甲氧基硅烷；所述三乙胺、硅烷偶联剂、9,10-双(3-羟基丙氧基)蒽醌的质量比为1～2∶2～4∶1～3；所述步骤1)的产物经色谱柱提纯得到含有蒽醌基团的桥联烷氧基硅烷前驱体，结构式如下：
其中，所述步骤2)的十六烷基三甲基溴化铵、三乙胺、正硅酸四乙酯、混合物质量比为1～2:0.4:1～5:2～4。
其中，所述步骤2)的混合物中正硅酸四乙酯和桥联烷氧基硅烷前驱体的质量比为1:1～5。
其中，所述中空介孔有机硅纳米粒子、γ―氨丙基三乙氧基硅烷、1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺盐酸盐、N-羟基琥珀酰亚胺以及氧化石墨烯量子点的质量比为1～10:150～200:10～25:35～55:2；所述氧化石墨烯量子点水溶液浓度为1mg/ml。
本发明成功制备了光响应可降解中空介孔有机硅纳米复合粒子。光照下，氧化石墨烯量子点可产生单线态氧，刺激中空介孔结构有机硅纳米粒子发生降解，实现纳米药物载体的安全代谢和药物的高效释放。因此本发明的产品可以用于抗肿瘤药物的运输，所以本发明还公开了上述光响应可降解中空介孔有机硅纳米复合粒子在制备抗肿瘤药物载体中的应用。
其中，所述纳米复合粒子的药物负载效率和药物负载量分别为84.4％和159.9μgmg-1。
有益效果：由于上述技术方案的运用，本发明与现有技术相比具有下列优点：
1.本发明首次合成基于蒽醌基团的中空介孔有机硅纳米粒子，并在表面修饰氧化石墨烯量子点，可实现光照刺激下的自降解。
2.本发明得到的光响应可降解中空介孔有机硅纳米复合粒子，可以较大的提高药物负载量，介孔孔道为药物的负载和释放提供途径。
3.本发明得到的光响应可降解中空介孔有机硅纳米复合粒子，用于抗肿瘤药物输送，可以实现光照条件下载体自身的安全代谢，避免体内富集带来的毒副作用，具有一定的临床应用价值。
附图说明
图1为实施例1中含有蒽醌基团的桥联烷氧基硅烷前驱体核磁图谱；
图2为实施例2中光响应可降解中空介孔有机硅纳米复合粒子的透射电镜照片；
图3实施例2中光响应可降解中空介孔有机硅纳米粒子不同降解时间透射电镜照片；
图4为实施例4中药物负载的纳米粒子对KB细胞的杀伤作用。
具体实施方式
为进一步说明本发明的详细情况，下面列举若干实施例，但本发明不应受此限制。
实施例1含有蒽醌基团的桥联烷氧基硅烷前驱体的制备
取0.05g 9,10-双(3-羟基丙氧基)蒽醌，0.038g异氰酸丙基三乙氧基硅烷，0.0155g三乙胺加入20ml二氯甲烷溶解，60℃下回流搅拌12h。产物经色谱柱提纯得到含有蒽醌基团的桥联烷氧基硅烷前驱体。图1为含有蒽醌基团的桥联烷氧基硅烷前驱体的核磁图谱，从图中可以明显的看出已成功合成该分子。
实施例2含有蒽醌基团的桥联烷氧基硅烷前驱体的制备
与实施例1制备方法基本相同，所不同的在于，所述三乙胺、硅烷偶联剂、9,10-双(3-羟基丙氧基)蒽醌的质量比为1:2:3，所述有机溶剂为四氢呋喃，50℃下回流搅拌24h。
实施例3含有蒽醌基团的桥联烷氧基硅烷前驱体的制备
与实施例1制备方法基本相同，所不同的在于，所述三乙胺、硅烷偶联剂、9,10-双(3-羟基丙氧基)蒽醌的质量比为2:3:3，所述有机溶剂为四氢呋喃，80℃下回流搅拌8h。
实施例4光响应可降解中空介孔有机硅纳米复合粒子的制备
1、将2g十六烷基三甲基溴化铵溶解于20ml水中，然后加入0.8g三乙胺和1ml正硅酸四乙酯，95℃下反应1h，得到二氧化硅模板；然后加入1ml的混合物(正硅酸四乙酯和含蒽醌基团的桥联烷氧基硅烷前驱体(1：1，wt％))，继续反应4h；离心并用乙醇洗涤之后得到白色固体，将白色固体重新分散至水中，加入2ml氨水，95℃反应4h除去模板二氧化硅，离心，水洗干燥后得到中空介孔有机硅纳米粒子；
2、将9mg中空介孔有机硅纳米粒子分散至3ml水中，滴加200μLγ―氨丙基三乙氧基硅烷，搅拌24h；将20mg1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺盐酸盐、40mg N-羟基琥珀酰亚胺、3ml氧化石墨烯量子点水溶液(1mg/ml)加入到上述混合液中，继续搅拌12h，离心干燥后得到光响应可降解中空介孔有机硅纳米复合粒子。
图2为上述光响应可降解中空介孔有机硅纳米复合粒子的透射电镜照片，从图中可以看出粒径约为100nm。
实施例5光响应可降解中空介孔有机硅纳米复合粒子的制备
与实施例4制备方法基本相同，所不同的在于，步骤1中所述十六烷基三甲基溴化铵、三乙胺、正硅酸四乙酯、混合物质量比为1:0.4:3:2，步骤2中所述中空介孔有机硅纳米粒子、γ―氨丙基三乙氧基硅烷、1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺盐酸盐、N-羟基琥珀酰亚胺以及氧化石墨烯量子点的质量比为7:170:13:45:2。
实施例6光响应可降解中空介孔有机硅纳米复合粒子的制备
与实施例4制备方法基本相同，所不同的在于，步骤1中所述十六烷基三甲基溴化铵、三乙胺、正硅酸四乙酯、混合物质量比为2:0.4:3:3，步骤2中所述中空介孔有机硅纳米粒子、γ―氨丙基三乙氧基硅烷、1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺盐酸盐、N-羟基琥珀酰亚胺以及氧化石墨烯量子点的质量比为5:200:10:50:2。
实施例7光响应可降解中空介孔有机硅纳米复合粒子的应用
将5mg光响应可降解中空介孔有机硅纳米复合粒子分散至50ml PBS溶液(pH＝7.2)中，搅拌同时置于汞灯(120W)照射，不同时间内取样(12h、24h、48h)，透射电镜测试，从而确定纳米粒子在光照下的降解行为。
图3为上述光响应可降解中空介孔有机硅纳米复合粒子不同时间透射电镜照片，从图中可以明显看出，在光照下，本发明所合成的光响应可降解中空介孔有机硅纳米复合粒子能够发生降解。
实施例8光响应可降解中空介孔有机硅纳米复合粒子的应用
用阿霉素作为模拟药物用来研究载体的药物负载性能。将0.5ml阿霉素水溶液加入到5mg上述实施例4制备的光响应可降解中空介孔有机硅纳米粒子原料中，搅拌24h后得到纳米复合药物载体分散液，经过离心测试得到该纳米粒子的药物负载效率和药物负载量分别为84.4％和159.9μg mg-1。
实施例9光响应可降解中空介孔有机硅纳米复合粒子的应用
将实施例8中制备好的纳米复合药物载体分散液(100ul)，载入到人口腔上皮癌细胞(KB细胞，购自上海细胞研究所国家细胞库)中，研究了不同条件下细胞的成活率。图4为KB细胞分别与生理盐水、光响应可降解中空介孔有机硅纳米粒子以及负载药物之后的光响应可降解中空介孔有机硅纳米粒子，光照下共同培养12h后的细胞存活率。MTT结果显示，药物载体进入细胞之后，光照使得石墨烯量子点释放部分单线态氧，对细胞有一定的杀伤作用。另外，光响应自降解使得载有DOX的药物载体对肿瘤细胞有更好的抑制效果。
Claims (10)
1.含有蒽醌基团的桥联烷氧基硅烷前驱体，其特征在于，所述含有蒽醌基团的桥联烷氧基硅烷前驱体通过三乙胺、硅烷偶联剂和9，10-双(3-羟基丙氧基)蒽醌溶于有机溶剂制备而成，所述含有蒽醌基团的桥联烷氧基硅烷前驱体的结构式如下：
2.根据权利要求1所述的含有蒽醌基团的桥联烷氧基硅烷前驱体，其特征在于，所述三乙胺、硅烷偶联剂、9，10-双(3-羟基丙氧基)蒽醌的质量比为1～2∶2～4∶1～3。
3.光响应可降解中空介孔有机硅纳米复合粒子，其特征在于，所述复合粒子按重量份数包括以下组分制成：十六烷基三甲基溴化铵1～2份、三乙胺0.5～1份、1～5ml正硅酸四乙酯1～5份、如权利要求1所述的含有蒽醌基团的桥联烷氧基硅烷前驱体0.5～1份、γ-氨丙基三乙氧基硅烷0.5～1份、1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺盐酸盐0.015～0.02份、N-羟基琥珀酰亚胺0.04～0.1份、氧化石墨烯量子点水溶液1～3份。
4.权利要求3所述的光响应可降解中空介孔有机硅纳米复合粒子的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)含有蒽醌基团的桥联烷氧基硅烷前驱体的制备：将三乙胺、硅烷偶联剂、9，10-双(3-羟基丙氧基)蒽醌溶于有机溶剂中，于50～80℃反应8～24h；产物经色谱柱提纯得到含有蒽醌基团的桥联烷氧基硅烷前驱体；
2)中空介孔有机硅纳米粒子的制备：将十六烷基三甲基溴化铵溶解于水中，然后加入三乙胺和正硅酸四乙酯，80～100℃下反应1～5h；然后加入正硅酸四乙酯和桥联烷氧基硅烷前驱体的混合物，继续反应4～6h；离心洗涤之后，将得到白色固体重新分散至水中，加入1～5ml氨水，80～100℃搅拌6～12h，搅拌速度为500～800r/min，离心，水洗干燥后得到中空介孔有机硅纳米粒子；
3)光响应可降解中空介孔有机硅纳米复合粒子的制备：将中空介孔有机硅纳米粒子分散至水中，滴加γ-氨丙基三乙氧基硅烷，搅拌12～24h得到混合液；将1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺盐酸盐、N-羟基琥珀酰亚胺、氧化石墨烯量子点水溶液加入到上述混合液中，继续搅拌12～24h，离心干燥后得到光响应可降解中空介孔有机硅纳米复合粒子。
5.根据权利要求4所述的光响应可降解中空介孔有机硅纳米复合粒子的制备方法，其特征在于，所述步骤1)的三乙胺、硅烷偶联剂、9，10-双(3-羟基丙氧基)蒽醌的质量比例为1～2∶2～4∶1～3。
6.根据权利要求4所述的光响应可降解中空介孔有机硅纳米复合粒子的制备方法，其特征在于，所述步骤2)的十六烷基三甲基溴化铵、三乙胺、正硅酸四乙酯、混合物质量比为1～2∶0.4∶1～5∶2～4。
7.根据权利要求4所述的光响应可降解中空介孔有机硅纳米复合粒子的制备方法，其特征在于，所述步骤2)的混合物中正硅酸四乙酯和桥联烷氧基硅烷前驱体的质量比为1∶1～5。
8.根据权利要求4所述的光响应可降解中空介孔有机硅纳米复合粒子的制备方法，其特征在于，所述中空介孔有机硅纳米粒子、γ-氨丙基三乙氧基硅烷、1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺盐酸盐、N-羟基琥珀酰亚胺以及氧化石墨烯量子点的质量比为1～10∶150～200∶10～25∶35～55∶2。
9.根据权利要求3所述的光响应可降解中空介孔有机硅纳米复合粒子在制备抗肿瘤药物载体方面的应用。
10.根据权利要求9所述的应用，其特征在于，所述纳米复合粒子的药物负载效率和药物负载量分别为84.4％和159.9μg mg-1。
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