CN113955762B - 一种介孔硅纳米材料及其制备方法和应用 - Google Patents
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Abstract
本发明属于材料技术领域，具体涉及一种介孔硅纳米材料及其制备方法和应用。所述的介孔硅纳米材料具有核‑锥结构；其内部为二氧化硅实心核，外部为从核向外放射的树枝状介孔硅壳层。二氧化硅核大小为108±10nm；介孔硅壳层厚度为66±10nm。所述的介孔硅纳米材料为球形形貌，粒径为237±10nm。本发明的优点：介孔硅纳米材料比表面积和孔体积大、粒径均一、结构稳定、生物安全性高。可以实现对口蹄疫病毒样颗粒抗原的负载和缓慢释放，具有较高的蛋白负载能力、极低的细胞毒性、良好的血液相容性及较低的组织器官毒性。作为佐剂，可以增强免疫应答水平和提高攻毒保护率效果。
Description
技术领域
本发明属于材料技术领域，具体涉及一种介孔硅纳米材料及其制备方法和应用。
背景技术
树枝状介孔硅材料是近年来发展起来的一种“明星”介孔材料，由于其具有从内到外发射状的树枝状大孔道结构，因而具有较高的比表面积、较大的孔体积、较高的孔渗透性和粒子内表面更易接触性等优点。因此，树枝状介孔硅材料在药物/蛋白/基因递送、催化、生物传感、色谱柱等领域得到具有广泛的应用。
树枝状介孔硅材料具有结构多样性和复杂性，根据其内核的不同，又可以分为核-壳结构、空心结构和摇铃型结构。不同的结构具有不同的性能。
树枝状介孔硅材料合成已有很多报道，包括油水两相分层方法、特殊微乳系统方法、动态乙醚溶液系统、动态聚苯乙烯模板法等。但是，具有“核-锥结构”的树枝状介孔硅纳米材料的合成方法报道较少。在已报道的方法中，要么难以控制中心核的大小，要么难以调控壳层厚度和孔径大小。到目前为止，合成具有“核-锥结构”的树枝状介孔硅纳米材料仍然是一大挑战。
口蹄疫病毒样颗粒疫苗被认为是替代传统灭活疫苗的最佳候选疫苗形式。但其稳定性和免疫原性仍有待提高，通过纳米药物递送载体，可以在一定程度上保护疫苗抗原的稳定性，同时刺激机体产生更高的免疫应答水平。具有“核-锥结构”的介孔硅纳米材料对分子量较大的蛋白具有较高的负载率，在体内也较容易彻底释放出来，因而是一种具有潜力的候选疫苗佐剂。
发明内容
本发明的目的在于提供一种比表面积和孔体积大、粒径均一、结构稳定、生物安全性高的介孔硅纳米材料及其制备方法和应用。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：
一种介孔硅纳米材料，所述的介孔硅纳米材料具有核-锥结构；
其内部为二氧化硅实心核，外部为从核向外放射的树枝状介孔硅壳层。
进一步的，所述的介孔硅纳米材料中二氧化硅核大小为108±10nm；介孔硅壳层厚度为66±10nm。
进一步的，所述的介孔硅纳米材料为球形形貌，粒径为237±10nm。
进一步的，所述的介孔硅纳米材料的比表面积为347m2/g，总孔容1.15cm3/g，平均孔径12nm。
进一步的，所述的介孔硅纳米材料的结构稳定，在600℃煅烧6h，其核-锥结构稳定。
本发明还提供一种介孔硅纳米材料的制备方法。
一种介孔硅纳米材料的制备方法为：
(1)称取0.3mg实心二氧化硅，加入6mL溶剂A，超声分散30min；向该溶液中加入4mL25％的十六烷基三甲基氯化铵溶液，35mg碱性催化剂，放入磁子，在60℃油浴中，以400rpm的转速磁力搅拌1h；
(2)向步骤(1)的混合溶液中加入8.75mL溶剂B，20min后缓慢加入1.25mL硅源；上述混合物在60℃、150rpm的条件下反应24h；
(3)步骤(2)溶液固液分离，固相用乙醇和水洗涤2～4次；
(4)将步骤(3)所得沉淀600℃煅烧6h，即得介孔硅纳米材料。
进一步的，步骤(1)中碱性催化剂为三乙醇胺；溶剂A为水。
进一步的，步骤(2)中硅源为正硅酸四乙酯；溶剂B为氯苯；
步骤(3)固液分离为离心分离，条件为10000rpm离心10min。
本发明还提供一种介孔硅纳米材料的应用。
一种介孔硅纳米材料的应用，所述的介孔硅纳米材料作为病毒样颗粒疫苗佐剂。
本发明还提供介孔硅纳米材料作为病毒样颗粒疫苗佐剂的制备方法。
介孔硅纳米材料作为病毒样颗粒疫苗佐剂的制备方法为：
(1)所述的介孔硅纳米材料中加入PBS缓冲溶液，配制成3mg/mL的溶液；
(2)将该溶液与0.5mg/mL的病毒样颗粒抗原按照1:1混合，4℃过夜，得到含介孔硅纳米材料佐剂的疫苗。
本发明以实心二氧化硅和十六烷基三甲基氯化铵为模板，正硅酸四乙酯为硅源，三乙醇胺为碱性催化剂，在氯苯和水两相溶液中制备具有“核-锥结构”的树枝状介孔硅纳米材料。
本发明提供的方法制备的“核-锥结构”树枝状介孔硅纳米材料具有较大的比表面积和孔体积，可以实现对口蹄疫病毒样颗粒抗原的负载和缓慢释放，具有较高的蛋白负载能力、极低的细胞毒性、良好的血液相容性及较低的组织器官毒性。
本发明提供的介孔硅纳米材料，是“核-锥结构”树枝状介孔硅纳米材料，是一种特殊核-壳结构的介孔硅材料。这种大孔径高孔容的纳米结构不仅有利于提高对生物大分子蛋白的载药能力，而且可以克服传统介孔硅材料难以完全释放等问题，提高药物/蛋白/基因的利用率。
本发明提供的介孔硅纳米材料作为佐剂，与口蹄疫病毒样颗粒配伍制备相应的疫苗制剂，免疫豚鼠，可以增强免疫应答水平和提高攻毒保护率效果。
与现有技术相比，本发明提供的一种介孔硅纳米材料及其制备方法和应用的优点：
(1)本发明的具有“核-锥结构”的树枝状介孔硅纳米材料，粒径均一，有利于抗原的负载和彻底释放；
(2)本发明的介孔硅纳米材料具有良好的生物安全性，包括良好的血液相容性、组织相容性，在常规剂量范围内对细胞无毒，对实验动物没有明显的副反应和副作用。
(3)本发明的介孔硅纳米材料作为口蹄疫病毒样颗粒疫苗佐剂，能够保护抗原，刺激机体产生免疫应答，产生较高的抗体水平，攻毒后的豚鼠具有较高的保护效果。
附图说明
图1为本发明提供的介孔硅纳米材料的透射电镜(TEM)图。
图2为本发明提供的介孔硅纳米材料的扫描电镜(SEM)图。
图3为本发明提供的介孔硅纳米材料的比表面积图。
图4为本发明提供的介孔硅纳米材料的中和抗体测试结果。
图5为本发明提供的介孔硅纳米材料的特异性抗体测试结果。
具体实施方式
为使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，以下实施例对本发明的作进一步详细描述，以下实施例仅用于说明发明，但不用来限制本发明的范围。
一种介孔硅纳米材料，所述的介孔硅纳米材料具有核-锥结构；
其内部为二氧化硅实心核，外部为从核向外放射的树枝状介孔硅壳层。
进一步的，所述的介孔硅纳米材料中二氧化硅核大小为108±10nm；介孔硅壳层厚度为66±10nm。
进一步的，所述的介孔硅纳米材料为球形形貌，粒径为237±10nm。
进一步的，所述的介孔硅纳米材料的比表面积为347m2/g，总孔容1.15cm3/g，平均孔径12nm。
进一步的，所述的介孔硅纳米材料的结构稳定，在600℃煅烧6h，其核-锥结构稳定。
本发明还提供一种介孔硅纳米材料的制备方法。
一种介孔硅纳米材料的制备方法为：
(1)称取0.3mg实心二氧化硅，加入6mL溶剂A，超声分散30min；向该溶液中加入4mL25％的十六烷基三甲基氯化铵溶液，35mg碱性催化剂，放入磁子，在60℃油浴中，以400rpm的转速磁力搅拌1h；
(2)向步骤(1)的混合溶液中加入8.75mL溶剂B，20min后缓慢加入1.25mL硅源；上述混合物在60℃、150rpm的条件下反应24h；
(3)步骤(2)溶液固液分离，固相用乙醇和水洗涤2～4次；
(4)将步骤(3)所得沉淀600℃煅烧6h，即得介孔硅纳米材料。
进一步的，步骤(1)中碱性催化剂为三乙醇胺。
进一步的，步骤(2)中硅源为正硅酸四乙酯；
步骤(3)固液分离为离心分离，条件为10000rpm离心10min。
本发明还提供一种介孔硅纳米材料的应用。
一种介孔硅纳米材料的应用，所述的介孔硅纳米材料作为病毒样颗粒疫苗佐剂。
本发明还提供介孔硅纳米材料作为病毒样颗粒疫苗佐剂的制备方法。
介孔硅纳米材料作为病毒样颗粒疫苗佐剂的制备方法为：
(1)所述的介孔硅纳米材料中加入PBS缓冲溶液，配制成3mg/mL的溶液；
(2)将该溶液与0.5mg/mL的病毒样颗粒抗原按照1:1混合，4℃过夜，得到含介孔硅纳米材料佐剂的疫苗。
本发明以实心二氧化硅和十六烷基三甲基氯化铵为模板，正硅酸四乙酯为硅源，三乙醇胺为碱性催化剂，在氯苯和水两相溶液中制备具有“核-锥结构”的树枝状介孔硅纳米材料。
本发明提供的方法制备的“核-锥结构”树枝状介孔硅纳米材料具有较大的比表面积和孔体积，可以实现对口蹄疫病毒样颗粒抗原的负载和缓慢释放，具有较高的蛋白负载能力、极低的细胞毒性、良好的血液相容性及较低的组织器官毒性。
实施例1
介孔硅纳米材料的制备
(1)称取0.3mg实心二氧化硅(粒径130nm)，加入6mL水，超声分散30min；向该溶液中加入4mL 25％十六烷基三甲基氯化铵溶液，35mg三乙醇胺，放入磁子，在60℃油浴中，以400rpm的转速磁力搅拌1h；
(2)加入8.75mL氯苯，20min后缓慢加入1.25mL正硅酸四乙酯。上述混合物在60℃、150rpm的条件下反应24h；
(3)反应结束后，10000rpm离心10min，收集沉淀，该沉淀用乙醇和水洗涤3次；
(4)将所得固体在600℃条件下煅烧6h，得粒径大小为237nm的具有“核-锥结构”的树枝状介孔硅纳米材料。
其结构如图1(介孔硅纳米材料的透射电镜图)和图2(介孔硅纳米材料的扫描电镜图)所示。
其比表面积如图3(介孔硅纳米材料的比表面积图)所示。
实施例2
口蹄疫病毒样颗粒疫苗的制备
(1)称取6mg具有“核-锥结构”的树枝状介孔硅纳米材料，加入2mL PBS缓冲溶液，配制成3mg/mL的溶液
(2)将该溶液与0.5mg/mL的口蹄疫病毒样颗粒抗原按照1:1混合，在4℃条件下混合过夜，得到动物疫苗。
实施例3
豚鼠免疫试验
选取豚鼠作为试验对象，将18只豚鼠分成三组，每组6只。
第一组作为空白对照，第二组每只豚鼠注射0.2mL的含有50μg的抗原(FMD VLPs)作为阴性对照，第三组每只豚鼠注射0.2mL含有300μg“核-锥结构”的树枝状介孔硅纳米材料(DMSN)和50μg抗原(FMD VLPs)的疫苗。
免疫56天后采血，分离血清，分别测试中和抗体及特异性抗体，并进行攻毒保护实验。
试验结果见表1、图4和图5。
表1介孔硅纳米材料的攻毒保护率结果
从试验结果可以看出：含具有“核-锥结构”的树枝状介孔硅纳米材料的疫苗制剂，其特异性抗体、中和抗体及攻毒保护率远高于与空白对照组和阴性对照组相比，说明该空心硅纳米胶囊能够增强免疫应答水平和提高攻毒保护率。
以上详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种变换，这些简单变型均属于本发明的保护范围。
另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征和步骤，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合，为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。
此外，本发明的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本发明的思想，其同样应当视为本发明所公开的内容。
Claims (10)
1.一种介孔硅纳米材料，其特征在于：所述的介孔硅纳米材料具有核-锥结构；其内部为二氧化硅实心核，外部为从核向外放射的树枝状介孔硅壳层，其制备步骤如下：
(1)称取0.3mg实心二氧化硅，加入6mL溶剂A，超声分散30min；向该溶液中加入4mL25％的十六烷基三甲基氯化铵溶液，35mg碱性催化剂，放入磁子，在60℃油浴中，以400rpm的转速磁力搅拌1h；
(2)向步骤(1)的混合溶液中加入8.75mL溶剂B，20min后缓慢加入1.25mL硅源；上述混合物在60℃、150rpm的条件下反应24h；
(3)步骤(2)溶液固液分离，固相用乙醇和水洗涤2～4次；
(4)将步骤(3)所得沉淀600℃煅烧6h，即得介孔硅纳米材料；
所述的溶剂A为水，溶剂B为氯苯。
2.根据权利要求1所述的一种介孔硅纳米材料，其特征在于：所述的介孔硅纳米材料中二氧化硅核大小为108±10nm；介孔硅壳层厚度为66±10nm。
3.根据权利要求1所述的一种介孔硅纳米材料，其特征在于：所述的介孔硅纳米材料为球形形貌，粒径为237±10nm。
4.根据权利要求1所述的一种介孔硅纳米材料，其特征在于：所述的介孔硅纳米材料的比表面积为347m2/g，总孔容1.15cm3/g，平均孔径12nm。
5.根据权利要求1所述的一种介孔硅纳米材料，其特征在于：所述的介孔硅纳米材料的结构稳定，在600℃煅烧6h，其核-锥结构稳定。
6.一种介孔硅纳米材料的制备方法，其特征在于，所述的制备方法为：
(1)称取0.3mg实心二氧化硅，加入6mL溶剂A，超声分散30min；向该溶液中加入4mL25％的十六烷基三甲基氯化铵溶液，35mg碱性催化剂，放入磁子，在60℃油浴中，以400rpm的转速磁力搅拌1h；
(2)向步骤(1)的混合溶液中加入8.75mL溶剂B，20min后缓慢加入1.25mL硅源；上述混合物在60℃、150rpm的条件下反应24h；
(3)步骤(2)溶液固液分离，固相用乙醇和水洗涤2～4次；
(4)将步骤(3)所得沉淀600℃煅烧6h，即得介孔硅纳米材料；
所述的溶剂A为水，溶剂B为氯苯，
所述的介孔硅纳米材料具有核-锥结构；其内部为二氧化硅实心核，外部为从核向外放射的树枝状介孔硅壳层。
7.根据权利要求6所述的一种介孔硅纳米材料的制备方法，其特征在于：步骤(1)中碱性催化剂为三乙醇胺。
8.根据权利要求6所述的一种介孔硅纳米材料的制备方法，其特征在于：步骤(2)中硅源为正硅酸四乙酯；
步骤(3)固液分离为离心分离，条件为10000rpm离心10min。
9.根据权利要求1～5任意一项所述的一种介孔硅纳米材料的应用，其特征在于：所述的介孔硅纳米材料作为病毒样颗粒疫苗佐剂。
10.根据权利要求9所述的一种介孔硅纳米材料的应用，其特征在于，所述的介孔硅纳米材料作为病毒样颗粒疫苗佐剂的制备方法为：
(1)所述的介孔硅纳米材料中加入PBS缓冲溶液，配制成3mg/mL的溶液；
(2)将该溶液与0.5mg/mL的病毒样颗粒抗原按照1:1混合，4℃过夜，得到含介孔硅纳米材料佐剂的疫苗。
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