CN109646688A - 一种含碳氟液多孔性核壳二氧化硅奈米粒子制备方法 - Google Patents
一种含碳氟液多孔性核壳二氧化硅奈米粒子制备方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开了一种含碳氟液多孔性核壳二氧化硅奈米粒子制备方法，其中包含(1)碳氟乳化奈米粒子及(2)碳氟液多孔性核壳二氧化硅奈米粒子制备。将核壳二氧化硅纳米粒子，采用一层包一层之技术由内向外包覆，先以无毒之磷脂质(如:DPPC)包覆碳氟之液体，制成乳化奈米粒子，再以温和低温的溶剂‑溶胶法制程向外合成多孔性之硅壳层，所完成的含碳氟液多孔性核壳二氧化硅奈米粒子，具有优良的超音波显影的功能。对于患部的诊断及治疗有极大的帮助。本发明可以应用超音波显影，对于感染及癌症患部的诊断。
Description
技术领域
本发明涉及一种含碳氟液多孔性核壳二氧化硅奈米粒子制备方法，是优良的超音波显影剂，属于医疗器材制造技术领域。
背景技术
超音波显影为医学上常用的非侵入性检查方式，利用超音波深入人体内部组织，并以反射波处理之影像做为医师诊断的利器，快速无痛安全且无副作用，更是辨识疾病及癌细胞的利器。
优良的超音波显影剂应具有这些特性：(1) 良好的生物兼容性，可以被生物体自然代谢且不产生毒性及排斥免疫反应 (2) 制程简易并具良好的超音波分辨率，可由静脉注射(IV injection) 方式等简便的方式给予；(3) 良好的稳定性。超音波显影剂的发展还是以最常见的微气泡为主体。研发出以高稳定性的外壳层包覆保护微气泡(如脂质、脂肪酸、蛋白质及聚合物)，此外会在外加接口活性剂，达到增加气泡半衰期的功能。而内部则是用碳氟化合物(Perfluoropropane)或气体加以包覆，而目前功能性最佳的超音波显影剂是为脂质为壳层其内包覆碳氟化合物，脂质或磷脂质是为细胞膜上的主要成分，无毒性且可被生物体直接利用，不蛋白质所以不容易引起免疫排斥作用，生物相溶性高。碳氟化合物较其他气体来的稳定，可以有效的延长微气泡存在的时间，增加超音波显影之对比及稳定度。
第一代的超音显影剂常为一种多糖体、蛋白质体或聚合物 (如Albunex 、Levovist、SHU563A)，经由注射方式进入人体，并以超音波震荡方式产生微气泡，达到显影剂的效果。但是以此种方法在体内所产生的微气泡大小较大且难以控制，分辨率差，半衰期短，往往只有几秒钟的时间。对医师的诊断及判读上有很大的限制。第二代超音显影剂比起第一代有更高的稳定性如()，微气泡的大小及半衰期都获得改良，并在制造的过程中加入界面活性剂，如乳化剂 (emulsions) 等或者加入氟碳化合物(fluorocarbons)，达到延长微气泡半衰期的显着效果。然而碳氟气体的稳定度仍需要提升，来增加超音波显影的分辨率。研发高稳定度的碳氟气体微气泡仍是一个超音波显影剂发展的一个重要课题。本发明不仅是优良的超音波显影剂且具有高度的生物兼容性。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是克服现有技术的缺点，碳氟气体虽然较为稳定但也无法长时间维持微气泡，为增加其稳定性，本发明提供一种含碳氟液多孔性核壳二氧化硅奈米粒子制备方法，提供一种含碳氟液多孔性核壳二氧化硅奈米粒子制备方法。使用一层包一层的技术，以温和低温方式利用合成的多孔性硅壳及DPPC包覆碳氟之液体，防止其在制备过程中逸散，增加碳氟液之稳定性，达到增加超音波分辨率的效果。
为了实现上述发明目的，本发明采用以下技术方案：一种含碳氟液多孔性核壳二氧化硅奈米粒子制备方法，包括以下步骤:
(1) 碳氟液乳化奈米粒子(PFH@DPPC)备方法: 在摄氏零度以下，将全氟己烷(PFH)加入二棕梠酸磷脂酰胆碱(DPPC)水溶液，接着利用间隔超声波振荡，来产生碳氟液乳化粒子。最后使用过滤膜，得到特定大小的碳氟液乳化奈米粒子。
(2) 含碳氟液多孔性核壳二氧化硅奈米粒子(PFH@DPPC@MSN) 制备方法: 将十六烷基三甲基溴化铵 (CTAB)及热可逆水胶(Plronic F-127)，溶解于99%的乙醇，并加入碱性盐类(如NH4OH)和2ml ddH2O，将液体混合搅拌均匀，并加热到32℃。加入步骤(1)所制备的碳氟液乳化奈米粒子。接着加入四乙氧基硅烷(TEOS)，5分钟后，再加入10 µL TEOS和6µL三乙氧基硅烷( APTES)混合液。 5分钟后，加入聚二乙醇-硅烷(PEG-silane)做外层修饰。将整个合成过程的温度控制在32-35℃，搅拌转速控制在650rpm，反应时间为35-45分钟（优选40分钟），最后借着低温离心纯化所制备的碳氟液多孔性核壳二氧化硅奈米粒子。整个合成过程指步骤（2）中除了低温离心以外的全过程。
进一步地，步骤(1)中，所述的PFH量为100 mg，DPPC水溶液浓度为10 mg/1.5 ml。
进一步地， 步骤(1)中，所述的间隔超声波震荡的功率、频率、周期为 750 watt、20KHz、2 周期 (1 分钟 震荡；1 分钟暂停) x 2。
进一步地，步骤(1)中，所述的过滤膜孔隙为200 nm。
进一步地，步骤(2)中，所述的CTAB的量为0.005-0.05 g，Plronic F-127量为0.05g。
进一步地，步骤(2)中，所述的99%的乙醇体积为1-2000µL。
进一步地，步骤(2)中，所述的碱性盐类可为NaOH、KOH、NH4OH、CaOH2..... 等，其量为0.0005-0.012 mol。
进一步地，步骤(2)中，所述的液体混合搅拌的速度为400-800rpm。
进一步地，步骤(2)中，所述的加入步骤(1)所制备的碳氟液乳化奈米粒子量为150ml。
进一步地，步骤(2)中，加入的TEOS量为 2-14 µl（即两次加入的TEOS的总体积），加入的TEOS/APTES混合液，混合比例为5/3。
进一步地，步骤(2)中，所述的加入的 PEG-silane体积为4.5µl。
进一步地，步骤(2)中，所述的低温离心速度为10,000 rpm，离心时间为10分钟，温度为4℃。
本发明是优良的超音波显影剂，注射这些含碳氟液多孔性核壳二氧化硅奈米粒子，可以提高超音波显影对患部的分辨率，达到帮助诊断的效果。
相对于现有技术，本发明所达到的有益效果:
1.本发明制备方法采用无毒的生物可降解材料，碳氟液体、DPPC无毒性磷脂质及合成之奈米硅壳，达到制备高生物兼容性的超音波显影剂。
2.本发明采用一层包一层的技术，以温和低温方式利用合成的多孔性硅壳及DPPC包覆碳氟之液体，防止其在制备过程中逸散，增加碳氟液之稳定性，达到增加超音波分辨率的效果。
附图说明:
图1. 是本发明中碳氟液乳化奈米粒子(PFH@DPPC)的电显分析图；
图2. 是本发明中碳氟液乳化奈米粒子(PFH@DPPC)的超音波分析测试图；
图3. 是本发明中含碳氟液多孔性核壳二氧化硅奈米粒子((PFH@DPPC@MSN)的电显SEM及TEM的型态分析图；
图4. 是本发明含碳氟液多孔性核壳二氧化硅奈米粒子(PFH@DPPC@MSN)的超音波分析测试图；
图5.是本发明测试不同反应温度4-70 ℃所制成的PFH@DPPC@MSN的示意图；(a)=4℃,(b)=25℃, (c)=34℃, (d)=50℃, (e)=70℃；
图6.是本发明测试不同搅拌速度所形成的PFH@DPPC@MSN的示意图；(a)=300rpm, (b)=650rpm, (c)=1000rpm；
图7.是本发明不加入或加入表面活性剂的结果图；
图8.是本发明测试加入不同浓度的TEOS所产生的PFH@DPPC@MSN的示意图；(a)=24µLTEOS，太多反而长不均匀, (b)=12µLTEOS，较为均匀；
图9.是分析不同量NH4OH对PFH@DPPC@MSN合成的影响；其中(a)=0µL, (b)=82µL, (c)=282µL, (d)500 µL NH4OH。
具体实施方式
以下描述本发明的优选实施方式，但并非用以限定本发明。
(1) 按照以下方法制备碳氟液乳化奈米粒子(PFH@DPPC) ，首先于在摄氏零度，将100mg全氟己烷(PFH)加入浓度为10 mg/1.5 ml二棕梠酸磷脂酰胆碱(DPPC)水溶液，利用间隔超声波振荡 (750 watt/ 20kHz/ 3mm prob) 以一分钟间隔一分钟间隔震荡，来产生碳氟液乳化粒子。最后使用过200 nm滤膜过滤，得到特定大小的碳氟液乳化奈米粒子(图1.为PFH@DPPC 的穿透式电子显微镜分析图)。
(2)按照如下方法制备含碳氟液多孔性核壳二氧化硅奈米粒子(PFH@DPPC@MSN):将0.01 g之十六烷基三甲基溴化铵 (CTAB)及0.05 g之热可逆水胶(Plronic F-127)，溶解于20 ml 99%的乙醇，加入282 µl 的NH4OH (28%)及2ml ddH2O，使用650 rpm转速将液体混合均匀，并加热到32℃。加入150 ml步骤(1)所制备的碳氟液乳化奈米粒子。接着加入2 µl四乙氧基硅烷(TEOS)，5分钟后，再加入10 µl TEOS和6 µl三乙氧基硅烷( APTES)混合液。5分钟后，加入4.5 µl聚二乙醇-硅烷(PEG-silane)做外层修饰。整个合成过程的温度控制在32-35℃，搅拌转速控制在650rpm，让其反应40分钟，最后借着4℃低温离心 (10,000 rpm)纯化所制备的碳氟液多孔性核壳二氧化硅奈米粒子(图3. 为PFH@DPPC@MSN的扫描式电子显微镜及穿透式电子显微镜分析图)。
(3)按照方法进行如下测试超音波显影分析: 将合成的奈米粒子分散悬浮于200µl的水，清洗后，将粒子置入三层超音波胶中间，接着使用超音波传感器量测超音波显影图(图2及图4分别为碳氟液乳化奈米粒子(PFH@DPPC)和含碳氟液多孔性核壳二氧化硅奈米粒子(PFH@DPPC@MSN)的超音波分析测试图，显示出这些奈米粒子是优良的超音波显影剂)。
此具体实施例为最优化的制程。以下对其所选用原料、反应条件、参数等通过测试进行细化说明。
1.测试不同反应温度（即步骤（2）合成过程的温度） 4-70 ℃，所制成的PFH@DPPC@MSN，结果如图5所示。可见，在反应温度为(c)=34℃时，效果最佳，为最优良的超音波显影剂。
2.测试不同搅拌速度（步骤（2）合成过程的搅拌速度）所形成的PFH@DPPC@MSN，如图6所示。可见，在搅拌速度为（b）=650rpm时，形成的粒子较为均一。
3.测试不加入表面活性剂CTAB无法生成PFH@DPPC@MSN，如图7左图所示。界面活性剂用于稳定PFH@DPPC，促进形成PFH@DPPC@MSN，如图7右图所示。
4. 测试加入不同总体积的TEOS（使得TEOS在混合反应液中浓度不同）所产生的PFH@DPPC@MSN，TEOS是合成核壳二氧化硅奈米粒子的原料，如图8所示。可见，加入量太多形成的粒子长、不均匀；加入量少一些(b)=12µLTEOS，形成的粒子较为均匀。
5.分析不同量NH4OH对PFH@DPPC@MSN合成的影响。NH4OH维持反应pH值在碱性环境，促进化学反应合成，如图9所示。
其中(a)=0µL, (b)=82µL, (c)=282µL, (d)500 µL NH4OH，(a)无法形成PFH@DPPC@MSN，(b)粒子状况不佳 ，(d)粒子太大，(c)=282µL能得到优良的超音波显影剂。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种含碳氟液多孔性核壳二氧化硅奈米粒子制备方法，其特征是，包括以下步骤：
（1）碳氟液乳化奈米粒子(PFH@DPPC)制备：在摄氏零度以下，将全氟己烷(PFH)加入二棕梠酸磷脂酰胆碱(DPPC)水溶液，接着利用间隔超声波振荡，来产生碳氟液乳化粒子，最后使用过滤膜，得到特定大小的碳氟液乳化奈米粒子；
(2) 含碳氟液多孔性核壳二氧化硅奈米粒子(PFH@DPPC@MSN) 制备: 将十六烷基三甲基溴化铵 (CTAB)及热可逆水胶，溶解于99%的乙醇，并加入碱性盐类及ddH2O，将上述液体混合搅拌均匀，并加热到32℃-35℃；加入步骤(1)所制备的碳氟液乳化奈米粒子；接着加入四乙氧基硅烷(TEOS)，5分钟后，再加入TEOS和三乙氧基硅烷(APTES)混合液； 5分钟后，加入聚二乙醇-硅烷(PEG-silane)做外层修饰；将整个合成过程的温度控制在32-35℃，搅拌转速控制在650rpm，反应时间为35-45分钟，合成过程制备得到碳氟液多孔性核壳二氧化硅奈米粒子；最后通过低温离心纯化所制备的碳氟液多孔性核壳二氧化硅奈米粒子。
2. 根据权利要求1所述的一种含碳氟液多孔性核壳二氧化硅奈米粒子制备方法，其特征是，步骤 (1) 所述的PFH质量为100 mg，DPPC水溶液浓度为10 mg/1.5 ml。
3. 根据权利要求1所述的一种含碳氟液多孔性核壳二氧化硅奈米粒子制备方法，其特征是，步骤 (1) 所述的间隔超声波震荡的功率、频率、周期为 750 watt、20KHz、2 周期 (1分钟 震荡；1 分钟暂停) x 2。
4. 根据权利要求1所述的一种含碳氟液多孔性核壳二氧化硅奈米粒子制备方法，其特征是，步骤 (1) 所述的过滤膜孔隙为200 nm。
5. 根据权利要求1所述的一种含碳氟液多孔性核壳二氧化硅奈米粒子制备方法，其特征是，步骤 (2) 所述的CTAB的质量为0.005-0.05 g，热可逆水胶的质量为0.05 g。
6. 根据权利要求1所述的一种含碳氟液多孔性核壳二氧化硅奈米粒子制备方法，其特征是，步骤 (2) 所述的99%的乙醇体积为1-2000µL；步骤 (2 )加入的 PEG-silane体积为4.5µl；步骤 (2) 中加入的TEOS的总体积为 2-14 µl；加入的TEOS/APTES混合液，TEOS、APTES混合比例为5/3。
7. 根据权利要求1所述的一种含碳氟液多孔性核壳二氧化硅奈米粒子制备方法，其特征是，步骤 (2) 所述的碱性盐类为NaOH、KOH、NH4OH、CaOH2，碱性盐类的物质的量为0.0005-0.012 mol。
8. 根据权利要求1所述的一种含碳氟液多孔性核壳二氧化硅奈米粒子制备方法，其特征是，步骤 (2) 所述的液体混合搅拌的速度为400-800rpm。
9. 根据权利要求1所述的一种含碳氟液多孔性核壳二氧化硅奈米粒子制备方法，其特征是，步骤 (2)中 所述的加入步骤(1)所制备的碳氟液乳化奈米粒子，碳氟液乳化奈米粒子加入的量为150 ml。
10. 根据权利要求1所述的一种含碳氟液多孔性核壳二氧化硅奈米粒子制备方法，其特征是，步骤 (2 )所述的低温离心速度为10,000 rpm，离心时间为10分钟，温度为4℃。
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