CN109896528B

CN109896528B - 介孔二氧化硅纳米球及其制备方法和在药物负载中的应用

Info

Publication number: CN109896528B
Application number: CN201910143673.5A
Authority: CN
Inventors: 罗志强; 万影; 任小宁; 程思; 余晓凤; 万江陵
Original assignee: Huazhong University of Science and Technology
Current assignee: Huazhong University of Science and Technology
Priority date: 2019-02-25
Filing date: 2019-02-25
Publication date: 2021-02-02
Anticipated expiration: 2039-02-25
Also published as: CN109896528A

Abstract

本发明公开了一种介孔二氧化硅纳米球及其制备方法和在药物负载中的应用，制备方法包括，将由有机硅源和稀释剂组成的硅源溶液加入到含表面活性剂、催化剂和稀释剂中的混合水溶液中，搅拌反应，过滤、洗涤后煅烧即得；所制得样品粒径为40‑200nm，比表面积为1050‑1350m²/g，孔径为1.8‑2.4nm；能应用于疏水性药物的负载中，实现药物的纳米化，增强其水溶性和溶出度。本发明所提供的方法能避免传统介孔二氧化硅纳米球的有机模板的使用；原料易得，设备简单，效率高；孔壁颗粒引入介孔结构，有利于药物扩散和负载，减小重结晶，使其体外溶出度几乎为100％，且其生物利用度明显高于市售药物，实际意义重大。

Description

介孔二氧化硅纳米球及其制备方法和在药物负载中的应用

技术领域

本发明涉及疏水性药物负载用纳米材料领域，具体涉及一种介孔二氧化硅纳米球及其制备方法和在药物负载中的应用。

背景技术

口服给药(oral drug delivery system)是临床上最方便，也是使用最广泛的给药方式。药物经口服之后在口腔或者胃肠道被黏膜吸收，从而进入血液循环到达体内组织发挥治疗作用。在口服给药的情况下，药物通过胃肠道等器官的吸收过程是一个非常复杂的生理过程。药物吸收的速度和程度受到多方面的影响，包括药物自身的理化性质、药物的剂型、吸收部位以及消化道的生理环境等。口服药物的主要障碍是肠道吸收能力差及生物利用率较低。水溶液溶解度是影响口服药物生物利用率的最直接的物理化学性质，在胃肠道中有限的溶解度可能导致药物的不充分或者可变吸收。这严重影响了对这些药物药理活性的评价和药物制剂形式的设计，很大程度上限制了其开发为新药的可能。

近二十年来，由于识别策略的发展以及靶向药物的探索需要与亲油性物质充分复合，因此难溶性药物的数量日益增多。目前世界上将近70％的药物及新合成化学药物属于BCSII类，他们可以有效的穿透胃肠道上皮组织被人体吸收，然而低的水溶解度却限制了其生物利用度的有效提高。因此，增加水难溶性药物的溶解度和生物利用度便成为了药剂学家们面临的最具挑战性的难题之一。研究表明，难溶性药物溶解度的提高会显著增强其生物利用度。其中提高难溶性药物溶解度的一种新方法是将疏水性药物封装于有序多孔二氧化硅材料中。通过具有高比表面积的二氧化硅载体增强药物的溶解性。

等首次研究了二氧化硅载体在延长布洛芬释放中的药物释放特性。

由于介孔二氧化硅具有颗粒尺寸可调、高比表面积、大的内部空腔、均一的介孔结构、良好的生物相容性和多功能化的表面等特性使其具有优于其他药物载体的优势。

然而，目前所用二氧化硅为载体负载难溶性药物的相关研究报道中，药物的溶出度并不高，生物利用度也并不理想。因此，有效的提高二氧化硅载体所负载难溶药物的溶出度及生物利用度仍具有重要意义。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供了一种介孔二氧化硅纳米球及其制备方法和在药物负载中的应用。

根据本发明一方面提供了一种介孔二氧化硅纳米球的制备方法，包括，将由有机硅源和稀释剂组成的硅源溶液加入到含表面活性剂、催化剂和稀释剂中的混合水溶液中，搅拌反应，过滤、洗涤后煅烧即得。

其中，所述硅源溶液中硅的物质的量浓度为2.24*10^-4-2.24*10^-3mol/L，所述硅源溶液中硅与所述混合水溶液中表面活性剂的物质的量之比为1：0.49-1：1.96。

在上述反应过程中，整个反应过程在室温下搅拌即可以实现，节能环保，操作简便，同时具有很高的重复性，可实现量产化制备；此外，硅源前驱体在分散体乙醇溶液中的浓度与二氧化硅球径的大小有重要关系，通过简单调控二氧化硅在乙醇分散体中的成核与生长过程实现其球径的控制，不需要额外模板剂或其他试剂的使用。

在上述技术方案中，所述制备方法包括以下步骤：

S1、将表面活性剂、催化剂和稀释剂加入到去离子水中，搅拌均匀得澄清透明的混合水溶液；

S2、将有机硅源加入到稀释剂中，混合均匀得硅源溶液；

S3、将步骤S2中得到的硅源溶液加入到步骤S1中得到的混合水溶液中，搅拌反应16-28h；

S4、过滤，洗涤并干燥，用煅烧法去除表面活性剂，即得介孔二氧化硅纳米球。

优选地，在上述技术方案中，所述硅源溶液中硅的物质的量浓度为4.5*10^-4-1.79*10^-3mol/L。

优选地，在上述技术方案中，所述硅源溶液中硅与所述混合水溶液中表面活性剂的物质的量之比为1：0.609-1：1.64。

进一步地，在上述技术方案中，所述有机硅源为正硅酸四甲酯、正硅酸四乙酯和正硅酸四丙酯中的一种，优选为正硅酸四乙酯。

进一步地，在上述技术方案中，所述稀释剂为醇类溶剂，优选为甲醇或乙醇。

进一步地，在上述技术方案中，所述煅烧的温度和时间分别为525-575℃和4-6h。

进一步地，在上述技术方案中，所述表面活性剂为阳离子型表面活性剂，优选为十六烷基三甲基溴化铵。

进一步地，在上述技术方案中，所述催化剂为氨水。

根据本发明另一方面提供了上述制备方法得到的介孔二氧化硅纳米球，所述介孔二氧化硅纳米球的粒径为40-200nm，比表面积为950-1350m²/g，孔径为1.8-2.4nm，且具有从球心向外表面辐射的连通孔道结构。

根据本发明又一方面提供了上述介孔二氧化硅纳米球的制备方法在药物负载中的应用。

具体地，所述药物为疏水性药物，所述应用包括实现了药物的纳米化、增强了药物的水溶性和提高了药物的溶出度。

详细地，所述疏水性药物可以为伊曲康唑、光敏剂和其他类药物，当通过将伊曲康唑负载到上述介孔二氧化硅纳米球时，可实现伊曲康唑的纳米化，且能同时提高其水溶性和溶出度。当伊曲康唑的负载量为37.5wt％时，仍能以纳米化的无定形形式存在，此负载量远高于市售斯皮仁诺的负载量(20wt％)，生物利用度显著提高，为市售药物的1.5倍。

本发明的优点：

(1)本发明仅通过将稀释后的有机硅源加入到含表面活性剂、催化剂和稀释剂中的混合水溶液中，搅拌反应后，过滤、洗涤并煅烧，即制得介孔二氧化硅纳米球，能有效避免传统的介孔二氧化硅纳米球得有机模板的使用，制备过程更加绿色环保，能有效避免二次污染的产生；

(2)本发明所提供的制备介孔二氧化硅纳米球的方法过程简单可控，所采用的原料易得且价格低廉，生产设备简单，生产效率高，适合大规模工业化生产；

(3)采用本发明所提供的方法制备得到的介孔二氧化硅纳米球粒径可控，比表面积可高达1312m²/g，且具有从球心向外表面辐射的连通孔道结构，为疏水性药物的负载提供了更多的活性位点，有利于高浓度疏水性药物的纳米化；

(4)采用本发明所提供的方法制备得到的介孔二氧化硅纳米球的孔壁颗粒上有效引入了介孔结构，能有利于诸如伊曲康唑等疏水性药物的的扩散和负载，从而有效减小其负载与溶出时的重结晶，并为其传输提供了双向传输通道，使得其体外溶出度几乎为100％，具有良好的应用前景，理论和实际意义重大。

附图说明

图1为本发明实施例1所制备的介孔二氧化硅纳米球的扫描电镜照片；

图2为本发明实施例1所制备的介孔二氧化硅纳米球负载伊曲康唑原料药后的扫描电镜照片；

图3为本发明实施例1所制备的介孔二氧化硅纳米球的氮气吸附-脱附曲线图；

图4为本发明实施例1所制备的介孔二氧化硅纳米球的BJH孔径分布图；

图5为本发明实施例2所制备的介孔二氧化硅纳米球的扫描电镜照片；

图6为本发明实施例2所制备的介孔二氧化硅纳米球负载伊曲康唑原料药后的扫描电镜照片；

图7为本发明实施例3所制备的介孔二氧化硅纳米球的扫描电镜照片；

图8为本发明实施例3所制备的介孔二氧化硅纳米球负载伊曲康唑原料药后的扫描电镜照片；

图9为本发明对比例1所制备的介孔二氧化硅纳米球的扫描电镜照片；

图10为本发明对比例1所制备的介孔二氧化硅纳米球负载伊曲康唑原料药后的扫描电镜照片；

图11为本发明对比例3中伊曲康唑原料药的扫描电镜照片；

图12为本发明对比例3中溶解在氯仿溶液中的伊曲康唑原料药的扫描电镜照片；

图13为本发明实施例1-3和对比例1所制备的不同球径介孔二氧化硅纳米球负载伊曲康唑原料药后的DSC曲线图；

图14为本发明实施例1所制备的介孔二氧化硅纳米球负载伊曲康唑原料药后的体外溶出曲线。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。

以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的保护范围，本发明的保护范围以权利要求书为准。

在以下实施例中，扫描电镜采用Gemini SEM 300电子显微镜得到；氮气吸附-脱附曲线及BJH孔径分布图采用AUTOCHEM II 2920得到；热分析(DSC)测试采用Diamond DSC热分析仪得到。

在本发明的实施例和对比例中，药物负载的方法具体包括以下步骤：

称取1g介孔二氧化硅样品置于圆底烧瓶，塞上胶塞；抽负压后加入一定量(6mL)浓度为100mg/mL的伊曲康唑(ITZ)-氯仿溶液并超声30min；将超声后的负载有伊曲康唑的二氧化硅的氯仿溶液转移至水浴旋转蒸发仪中，于40℃旋转蒸发，蒸发后置入50℃烘箱中干燥。

在本发明的实施例和对比例中，药物负载量的测试方法具体包括以下步骤：

精确称量伊曲康标准品0.04000g于烧杯中，加入40mL甲醇并于40℃水浴20min使其溶解，超声10min使其充分分散，之后冷却至室温，并用浓度为0.1mol/L的盐酸定容至200mL得到甲醇盐酸的伊曲康唑溶液。其次量取上述溶液5mL，用0.1mol/L的盐酸溶液将其定容至25mL，得到浓度为40μg/mL的伊曲康唑的甲醇盐酸溶液，标记备用。以体积比为5：95的甲醇-盐酸(0.1mol/L)溶液为稀释剂，配置具有不同浓度梯度的伊曲康唑溶液，其中浓度分别为30μg/mL，25μg/mL，20μg/mL，15μg/mL，10μg/mL，5μg/mL。通过紫外-可见分光光度仪，以体积比为5：95的甲醇-盐酸(其中盐酸浓度为0.1mol/L)溶液为空白对照，波长扫描范围为200-400nm，以255nm处所得伊曲康唑的吸收峰峰值为依据，绘制伊曲康唑的吸光度-浓度标准曲线。

载药量测试：精确称取0.00400g伊曲康唑原料药于烧杯中，加入40mL甲醇，于40℃水浴20min使其溶解，超声10min使其充分分散，冷却至室温后转移至200mL容量瓶中，用0.1mol/L的盐酸对其定容。其次量取5mL上述溶液，并用0.1mol/L的盐酸定容至25mL容量瓶中，然后经0.22μm微孔滤膜过滤，测滤液在255nm处的紫外吸收峰值。

在本发明的实施例和对比例中，负载药物的体外溶出的测试具体步骤如下：

精确称取相当于伊曲康唑原料药100mg的担载有伊曲康唑的二氧化硅载体，根据溶出度测试标准(中国药典2015年版二部附录XC第二法，浆法)进行测试。以1000mL盐酸溶液(9mL盐酸加入到1000mL超纯水中)为溶出介质，经脱气处理后，在37℃，转速为100rpm进行溶出，并分别于15min、30min、45min、1h、1.5h、2h、3h、4h各取样5mL的同时补充等温介质5mL，将所取样品经0.22μm微孔滤膜进行过滤，量取2ml续滤液于10mL容量瓶中定容，其中稀释剂为体积比为5:95的甲醇-盐酸(其中盐酸浓度为0.1mol/L)溶液，得到供测试样品。以稀释液为空白对照，通过紫外-可见分光光度计测试其在255nm处的吸收峰值，并参考以绘制的伊曲康唑的紫外-可见吸收标准曲线，计算伊曲康唑在不同时间的释放行为，即得到体外溶出数据。

实施例1

本发明实施例1提供了一种介孔二氧化硅纳米球的制备方法，具体步骤如下：

量取78mL去离子水，27mL无水乙醇，0.75mL氨水，混匀后加入0.3g CTAB(十六烷基三甲基溴化铵)，并超声混匀，得到溶液A；量取TEOS 1.65mL，并与2.175mL无水乙醇充分混匀，其中TEOS(正硅酸四乙酯)与无水乙醇的体积比为0.758，得到溶液B；将溶液B迅速加入到溶液A中，密封，磁力搅拌反应24h；然后将所得产物进行抽滤，去离子水和无水乙醇各清洗三次，至中性。

将抽滤产物于50℃干燥12h，之后于马弗炉中550℃煅烧5h，得到球径为50nm的介孔二氧化硅纳米球。

图1和图2分别是本发明实施例1制备的球径为50nm的介孔二氧化硅纳米球和负载质量分数为37.5wt％伊曲康唑原料药后介孔二氧化硅纳米球的扫描电镜图。从图中可以看出，负载后的二氧化硅多孔纳米球中没有看到伊曲康唑结晶，说明伊曲康唑是以纳米化状态担载于二氧化硅载体中。

图3和图4是本发明实施例1制备的球径为50nm的介孔二氧化硅纳米球的氮气吸附-脱附曲线图和BJH孔径分布图。分析图3和图4的结果可以得出，本发明实施例1制备的球径为50nm的介孔二氧化硅纳米球的比表面积为1317m²/g，孔径为2nm。

实施例2

本发明实施例2提供了一种介孔二氧化硅纳米球的制备方法，具体步骤如下：

量取78mL去离子水，27mL无水乙醇，0.75mL氨水，混匀后加入0.3g CTAB，并超声混匀，得到溶液A。量取TEOS 1.65mL，并与1.25mL无水乙醇充分混匀，其中TEOS与无水乙醇的体积比为1.32，得到溶液B。将溶液B迅速加入到溶液A中，密封，磁力搅拌反应24h。然后将所得产物进行抽滤，去离子水和无水乙醇各清洗三次，至中性。

将抽滤产物于50℃干燥12h，之后于马弗炉中550℃煅烧5h，得到球径为150nm的介孔二氧化硅纳米球。

图5和图6分别是本发明实施例2制备的球径为150nm的介孔二氧化硅纳米球和负载质量分数为37.5wt％伊曲康唑原料药后介孔二氧化硅纳米球的扫描电镜图。从图中可以看出，将伊曲康唑担载到球径为150nm的二氧化硅多孔纳米球中，伊曲康唑以纳米化无定形状态存在，没有观察到伊曲康唑的微米结晶。

实施例3

本发明实施例3提供了一种介孔二氧化硅纳米球的制备方法，具体步骤如下：

量取27mL去离子水，78mL无水乙醇，0.75mL氨水，混匀后加入0.3g CTAB，并超声混匀，得到溶液A。量取TEOS 1.65mL，并与1.25mL无水乙醇充分混匀，其中TEOS与无水乙醇的体积比为1.32，得到溶液B。将溶液B迅速加入到溶液A中，密封，磁力搅拌反应24h。然后将所得产物进行抽滤，去离子水和无水乙醇各清洗三次，至中性。

将抽滤产物于50℃干燥12h，之后于马弗炉中550℃煅烧5h，得到球径为1μm的介孔二氧化硅纳米球。

图7和图8分别是本发明实施例3制备的球径为1μm的介孔二氧化硅纳米球和负载质量分数为37.5wt％伊曲康唑原料药后介孔二氧化硅纳米球的扫描电镜图。从图中可以看出，当二氧化硅多孔纳米球的尺寸增加到1μm时，由于二氧化硅比表面积减小，表面活性位点减少，出现部分伊曲康唑结晶。

对比例1

本发明对比例1提供了一种介孔二氧化硅纳米球的制备方法，具体步骤如下：

称取0.1g分散度为0.5％的PS小球(聚苯乙烯)加入80mL无水乙醇，20mL去离子水，1.5mL氨水，超声混匀后加入0.16g CTAB，搅拌混匀，然后滴加0.1mL TEO，搅拌反应2h，得到二氧化硅前驱体溶液。将充分反应的二氧化硅前驱体溶液转移至150mL不锈钢水热反应釜中，于180℃反应2h。将水热反应后的溶液进行抽滤，用去离子水和无水乙醇各清洗三次，得到白色二氧化硅粉末，转移至50℃烘箱中干燥12h。将干燥后的二氧化硅粉末转移至马弗炉中进行煅烧去除PS小球模板剂与表面活性剂，其中煅烧条件为550℃下保温5h，得到球径为390nm的介孔二氧化硅小球。

图9和图10分别是本发明对比例1制备的球径为390nm的介孔二氧化硅纳米球和负载质量分数为37.5wt％伊曲康唑原料药后介孔二氧化硅纳米球的扫描电镜图。从图中可以看出，当球径为390nm时，仍可以观察到伊曲康唑结晶，这是因为通过该模板法制备的二氧化硅纳米球表面的二氧化硅纳米颗粒较大，使得其比表面积较低，活性位点较少，因此出现了伊曲康唑结晶。

对比例2

本发明对比例2提供了一种介孔二氧化硅纳米球的制备方法，与实施例1的方法类似，其区别在于，量取TEOS 1.65mL后没有加入无水乙醇稀释，直接加入到含8mL去离子水、27mL无水乙醇、0.75mL氨水和0.3g CTAB(十六烷基三甲基溴化铵)的溶液A中，其余步骤和工艺条件均与实施例1相同，由于没有事先将TEOS分散到分散体系中，在反应前没有形成晶种，因此，生成的二氧化硅纳米球的纳米颗粒粒径较大，故其比表面积较小，为110m²g^-1，为伊曲康唑提供的反应位点较少，因此存在伊曲康唑的结晶态。

对比例3

将市售伊曲康唑原料药溶解到氯仿溶液中，其浓度为100mg/mL，超声5min，将氯仿溶液烘干，得到干燥的伊曲康唑粉末。

图11和图12分别是伊曲康唑原料药与伊曲康唑溶解在氯仿溶液中的扫描图。

由图11-12可以看出，伊曲康唑原料药及溶解在氯仿中的伊曲康唑均为10um左右的微米结晶，即使在氯仿中溶解后其结晶状态仍没有发生明显改变。

图13是本发明实施例1-3和对比例1所制备的不同球径介孔二氧化硅纳米球担载质量分数为37.5wt％伊曲康唑后的DSC曲线图。

图14是本发明实施例1制备的球径为50nm的介孔二氧化硅纳米球担载质量分数为37.5wt％伊曲康唑原料药后的体外溶出曲线。

由图11-13可以看出，将伊曲康唑担载到介空二氧化硅纳米球中后，显著改善了伊曲康唑的结晶状态，没有观测到伊曲康唑的结晶。图14可以看出，担载了质量分数为37.5wt％的伊曲康唑后，其溶出可以达到35.9wt％，高达95.7％的溶出度，明显改善了伊曲康唑的溶出性能，从而提升了该疏水药物伊曲康唑的生物利用度。

该载体材料所特有的高孔道结构、提高了载体的比表面积并且减小了颗粒尺寸，为伊曲康唑的担载提供了双向传输通道及较多的担载活性位点，从而使得伊曲康唑具有较高的担载率，溶出度与生物利用度。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims

1.一种介孔二氧化硅纳米球的制备方法，其特征在于，包括：

S2、将有机硅源加入到稀释剂中，混合均匀得硅源溶液；

S4、过滤，洗涤并干燥，用煅烧法去除表面活性剂，即得介孔二氧化硅纳米球；

其中，所述硅源溶液中硅的物质的量浓度为4.5*10^-4-1.79*10^-3mol/L，所述硅源溶液中硅与所述混合水溶液中表面活性剂的物质的量之比为1：0.609 -1：1.64；

所述表面活性剂为十六烷基三甲基溴化铵；

所述催化剂为氨水；

所述有机硅源为正硅酸四乙酯；

所述稀释剂为甲醇或乙醇；

所述煅烧的温度和时间分别为525-575℃和4-6h；

所述介孔二氧化硅纳米球的比表面积为950-1350 m²/g，且具有从球心向外表面辐射的连通孔道结构。

2.权利要求1所述的介孔二氧化硅纳米球的制备方法在药物负载中的应用。

3.根据权利要求2所述的应用，其特征在于，所述药物为疏水性药物，所述应用包括实现了药物的纳米化、增强了药物的水溶性和提高了药物的溶出度和生物利用度。