CN110522734B - 一种以聚多巴胺为模板的复合纳米微球的制备方法 - Google Patents

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Abstract

一种以聚多巴胺为模板的复合纳米微球的制备方法，通过Fe3+诱导多巴胺快速聚合，得到粒径均一且可调的聚多巴胺纳米球，再以聚多巴胺为模板，将壳聚糖等生物高分子材料简单快速的包覆在聚多巴胺外侧，形成粒径均一且可调的可降解复合纳米微球。本发明通过聚合环境和参数的调控，可得到不同尺寸的聚合物复合纳米微球，简单快速且绿色环保，具有良好的应用潜力。利用该方法制备的复合纳米微球具有核壳结构，用于载药后，复合纳米微球的释药行为未出现突释和二次释放的现象，并表现出pH响应性，具有缓控制释放的特点。本发明所需原材料价廉易得，天然无毒，绿色环保且生物可降解，拓展了以聚多巴胺为模板的生物高分子纳米材料的制备和应用。

Description

一种以聚多巴胺为模板的复合纳米微球的制备方法
技术领域
本发明公开了一种以聚多巴胺为模板的复合纳米微球的制备方法，属于高分子纳米功能材料制备领域。
背景技术
随着纳米技术的不断进步，纳米功能材料的开发得到越来越多的关注。现阶段，纳米材料主要分为无机类、有机类和金属有机类等。这几类纳米材料通常需要通过化学反应或模板法制备。化学法通常需要特殊的化学试剂和反应条件确保纳米粒子的性质；模板法分为硬模板和软模板，通过媒介的辅助，如乳液聚合或纳米颗粒，得到功能化的纳米材料。由于化学法的应用局限性，模板法成为现有技术的研究热点。而随着科技环保意识的提高，绿色低毒或者生物安全的模板开发得到更多的重视。
多巴胺是一种蛋白质类生物材料，具有很强的粘附作用，可以沉积到各种无机或有机材料表面，常用于材料的表面涂覆改性。多巴胺在弱碱条件下可以发生氧化自聚合反应，形成粒径均一且单分散性好的聚多巴胺微球。聚多巴胺微球表面分布着大量功能基团，比如儿茶酚，氨基，亚胺，这些功能基团能作为共价键结合位点，保证其功能多样化。目前，多巴胺主要用于材料的表面涂覆改性，而其自身的模板功能研究鲜为报道，亦没有相关应用研究。
本发明提供了一种以氯化铁改性多巴胺为纳米模板，在其外部包覆生物高分子材料，如壳聚糖，制备复合纳米微球的方法。利用Fe3+对多巴胺的强配位能力并协同Fe3+自身氧化性，实现多巴胺的快速聚合，同时粒径可控且均一。在此基础上，以改性聚多巴胺微球为模板，外包交联壳聚糖，构建核壳状复合纳米微球，提高颗粒表面粗糙度，增大微球比表面积，进一步增强复合颗粒功能性。本发明涉及的材料绿色环保且可降解，同时制备工艺简单易行，有希望用于高分子纳米材料的制备研究和应用。
发明内容
本发明提供了一种以改性聚多巴胺为模板，外交联包覆生物可降解材料的复合纳米微球的制备方法。本发明具有原材料价格低廉、制备工艺简单、周期短、反应易控制等特点。
本发明的技术方案：
一种以聚多巴胺为模板的复合纳米微球的制备方法，步骤如下：
(1)制备聚多巴胺/壳聚糖复合纳米微球
向去离子水中加入无水乙醇，用氨水调节pH 8～11，去离子水与无水乙醇的体积比为1.25～3.25，搅拌30min，作为溶液A；配置10～100mg/mL盐酸多巴胺溶液，作为溶液B；将溶液B缓慢加入到溶液A中，溶液A与溶液B以体积比13:1混合，混合后溶液的颜色迅速变为淡黄色，然后逐渐变为深棕色，再向其中加入无水三氯化铁，控制无水三氯化铁在体系中的浓度为0.5～5mmol/L，室温反应12h；反应完毕后产物用去离子水洗涤三次，离心，抽滤，收集滤饼，将滤饼冷冻干燥12h，得到FeCl3/PDA微球；
将FeCl3/PDA微球分散在去离子水中配置成0.25mg/mL分散液，超声15min至分散均匀；将聚多巴胺悬浮液以聚多巴胺和壳聚糖的质量比为0.01～1加入到壳聚糖质量浓度为0.02～0.12％的醋酸水溶液中，其中壳聚糖和醋酸的质量比为10:15，混合液搅拌反应20～40min；搅拌均匀的溶液用2mol/L的NaOH溶液调节至pH为6.5～8.0，再次搅拌20～40min；然后向搅拌均匀的溶液中加入体积分数50％的戊二醛，其中壳聚糖与戊二醛的摩尔比为3-1，反应4～12h；待反应完全后离心，用去离子水洗涤三次，抽滤，收集滤饼；将滤饼冷冻干燥12h，得到聚多巴胺/壳聚糖复合纳米微球，即FeCl3/PDA/CS纳米微球；
(2)制备载药FeCl3/PDA/CS微球
将步骤(1)得到的FeCl3/PDA/CS纳米微球分散在0.6mg/mL姜黄素无水乙醇溶液中，搅拌30min，离心，去离子水洗涤，抽滤，冷冻干燥12h。
本发明的有益效果：本发明提出了一种高分子复合纳米微球的制备方法，利用Fe3+诱导多巴胺快速聚合，并控制聚多巴胺粒径，以聚合后的多巴胺为硬模板，在其表面交联壳聚糖，形成核壳复合纳米结构，增大微球表面的粗糙度，增加氨基位点，强化其功能。本发明为高分子纳米材料的制备研究和应用提供了新的思路和技术支持。
附图说明
图1(a)是FeCl3/PDA微球SEM图；
图1(b)是FeCl3/PDA/CS微球TEM图。
图2(a)是微球在HCl缓冲液中的释药曲线；
图2(b)是微球在PBS缓冲液中的释药曲线。
具体实施方式
下面结合具体实例来说明本发明，但应明白，这些实例仅用于说明本发明而不构成对本发明范围的限制。
实施例1
一种以聚多巴胺为模板的复合纳米微球的制备方法，步骤如下：
(1)制备聚多巴胺/壳聚糖复合纳米微球(FeCl3/PDA/CS)
向90mL去离子水中加入40mL乙醇和氨水调节pH 8.5，搅拌30min，配制溶液A；将500mg盐酸多巴胺溶于10mL去离子水，配制溶液B。将溶液B缓慢加入到溶液A中，溶液A与溶液B以体积比13:1混合，混合后溶液的颜色迅速变为淡黄色，然后逐渐变为深棕色，再向其中加入摩尔量1mmol/L无水三氯化铁，室温反应12h。反应完毕后产物用去离子水洗涤三次，离心，抽滤，收集滤饼，将滤饼冷冻干燥12h，得到产物FeCl3/PDA微球。
首先称取5mg制备好的FeCl3/PDA微球分散在20mL去离子水中，超声15min至分散均匀。将聚多巴胺悬浮液以聚多巴胺和壳聚糖的质量比为0.05的比例加入到100mL壳聚糖质量浓度为0.1％的醋酸水溶液中，其中壳聚糖和冰醋酸质量比为10:15(w/w)，混合液搅拌反应30min。搅拌均匀的溶液用2mol/L的NaOH溶液调到pH 6.7，可观察到有细微絮状物产生，再次搅拌30min。然后向搅拌均匀的溶液中加入体积分数50％的戊二醛，其中壳聚糖与戊二醛的摩尔比是3-1，反应4h。待反应完全后离心，用去离子水洗涤三次，抽滤，收集滤饼。将滤饼冷冻干燥12h，得到FeCl3/PDA/CS纳米微球。
(2)制备载药FeCl3/PDA/CS微球
将步骤(1)得到的100mg FeCl3/PDA/CS纳米微球分散在100mL 0.6mg/mL姜黄素无水乙醇溶液中，搅拌30min，离心，去离子水洗涤，抽滤，冷冻干燥12h。
实施例2
一种以聚多巴胺为模板的复合纳米微球的制备方法，步骤如下：
(1)制备聚多巴胺/壳聚糖复合纳米微球(FeCl3/PDA/CS)
向90mL去离子水中加入40mL乙醇和氨水调节pH 8.5，搅拌30min，配制溶液A；将500mg盐酸多巴胺溶于10mL去离子水，配制溶液B。将溶液B缓慢加入到溶液A中，溶液A与溶液B以体积比13:1混合，混合后溶液的颜色迅速变为淡黄色，然后逐渐变为深棕色，再向其中加入摩尔量5mmol/L无水三氯化铁，室温反应12h。反应完毕后产物用去离子水洗涤三次，离心，抽滤，收集滤饼，将滤饼冷冻干燥12h，得到产物FeCl3/PDA微球。
首先称取5mg制备好的FeCl3/PDA微球分散在20mL去离子水中，超声15min至分散均匀。将聚多巴胺悬浮液以聚多巴胺和壳聚糖的质量比为0.05的比例加入到100mL壳聚糖质量浓度为0.1％的醋酸水溶液中，其中壳聚糖和冰醋酸质量比为10:15(w/w)，混合液搅拌反应30min。搅拌均匀的溶液用2mol/L的NaOH溶液调到pH 7.0，可观察到有大量絮状物产生，再次搅拌30min。然后向搅拌均匀的溶液中加入体积分数50％的戊二醛，其中壳聚糖与戊二醛的摩尔比是3-1，反应4h。待反应完全后离心，用去离子水洗涤三次，抽滤，收集滤饼。将滤饼冷冻干燥12h，得到FeCl3/PDA/CS纳米微球。
(2)制备载药FeCl3/PDA/CS微球
将步骤(1)得到的100mg FeCl3/PDA/CS纳米微球分散在100mL 0.6mg/mL姜黄素无水乙醇溶液中，搅拌30min，离心，去离子水洗涤，抽滤，冷冻干燥12h。
实施例3
一种以聚多巴胺为模板的复合纳米微球的制备方法，步骤如下：
(1)制备聚多巴胺/壳聚糖复合纳米微球(FeCl3/PDA/CS)
向90mL去离子水中加入40mL乙醇和氨水调节pH 8.5，搅拌30min，配制溶液A；将500mg盐酸多巴胺溶于10mL去离子水，配制溶液B。将溶液B缓慢加入到溶液A中，溶液A与溶液B以体积比13:1混合，混合后溶液的颜色迅速变为淡黄色，然后逐渐变为深棕色，再向其中加入摩尔量1mmol/L无水三氯化铁，室温反应12h。反应完毕后产物用去离子水洗涤三次，离心，抽滤，收集滤饼，将滤饼冷冻干燥12h，得到产物FeCl3/PDA微球。
首先称取5mg制备好的FeCl3/PDA微球分散在20mL去离子水中，超声15min至分散均匀。将聚多巴胺悬浮液以聚多巴胺和壳聚糖的质量比为0.05的比例加入到100mL壳聚糖质量浓度为0.1％的醋酸水溶液中，其中壳聚糖和冰醋酸质量比为10:15(w/w)，混合液搅拌反应30min。搅拌均匀的溶液用2mol/L的NaOH溶液调到pH 6.6，可观察到有细微絮状物产生，再次搅拌30min。然后向搅拌均匀的溶液中加入体积分数50％的戊二醛，其中壳聚糖与戊二醛的摩尔比是3-1，反应4h。待反应完全后离心，用去离子水洗涤三次，抽滤，收集滤饼。将滤饼冷冻干燥12h，得到FeCl3/PDA/CS纳米微球。
(2)制备载药FeCl3/PDA/CS微球
将步骤(1)得到的100mg FeCl3/PDA/CS纳米微球分散在100mL 0.6mg/mL姜黄素无水乙醇溶液中，搅拌30min，离心，去离子水洗涤，抽滤，冷冻干燥12h。
实施例4
本发明制得载药FeCl3/PDA/CS微球对姜黄素释放效果考察。
准确称量5mg载姜黄素的FeCl3/PDA/CS微球样品使其分散在5mL去离子水中，将该悬浮液装进截留分子量3500Da的透析袋中，先将透析袋置于装有150mL的HCl缓冲液的锥形瓶中，锥形瓶做避光处理密封放置在恒温摇床进行药物释放实验。摇床转速120r/min，恒温37℃震荡3h。在药物释放过程中，每隔一定的时间取5mL溶出介质进行UV分析，测定药物释放量，测完后向锥形瓶中加入5mL新鲜HCl缓冲液，保持体积恒定。在HCl缓冲液中放置3h后将透析袋转移至150mL的PBS缓冲液中，震荡释放至少24h。释放过程中每隔一定的时间取5mL溶出介质进行UV分析，测定药物释放量，测完后向锥形瓶中加入5mL新鲜介质，保持体积恒定。实验测试重复三次，取平均值。由图2知，姜黄素在模拟胃液中3h内几乎不释放，在模拟肠液内25h累计释放量达到50％左右，随着pH的升高药物释放速率增大且药物在PBS释放阶段较为平稳，这有利于药物的缓控释。

Claims (1)

1.一种以聚多巴胺为模板的复合纳米微球的制备方法，其特征在于，步骤如下：
(1)制备聚多巴胺/壳聚糖复合纳米微球
向去离子水中加入无水乙醇，用氨水调节pH 8～11，去离子水与无水乙醇的体积比为1.25～3.25，搅拌30min，作为溶液A；配置10～100mg/mL盐酸多巴胺溶液，作为溶液B；将溶液B缓慢加入到溶液A中，溶液A与溶液B以体积比13:1混合，混合后溶液的颜色迅速变为淡黄色，然后逐渐变为深棕色，再向其中加入无水三氯化铁，控制无水三氯化铁在体系中的浓度为0.5～5mmol/L，室温反应12h；反应完毕后产物用去离子水洗涤三次，离心，抽滤，收集滤饼，将滤饼冷冻干燥12h，得到FeCl3/PDA微球；
将FeCl3/PDA微球分散在去离子水中配置成0.25mg/mL分散液，超声15min至分散均匀；将聚多巴胺悬浮液以聚多巴胺和壳聚糖的质量比为0.01～1加入到壳聚糖质量浓度为0.02～0.12％的醋酸水溶液中，其中壳聚糖和醋酸的质量比为10:15，混合液搅拌反应20～40min；搅拌均匀的溶液用2mol/L的NaOH溶液调节至pH为6.5～8.0，再次搅拌20～40min；然后向搅拌均匀的溶液中加入体积分数50％的戊二醛，其中壳聚糖与戊二醛的摩尔比为3-1，反应4～12h；待反应完全后离心，用去离子水洗涤三次，抽滤，收集滤饼；将滤饼冷冻干燥12h，得到聚多巴胺/壳聚糖复合纳米微球，即FeCl3/PDA/CS纳米微球；
(2)制备载药FeCl3/PDA/CS微球
将步骤(1)得到的FeCl3/PDA/CS纳米微球分散在0.6mg/mL姜黄素的无水乙醇溶液中，搅拌30min，离心，去离子水洗涤，抽滤，冷冻干燥12h。
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