CN115252796B - 润滑靶向双功能二氧化硅复合材料及其制备方法和应用 - Google Patents

润滑靶向双功能二氧化硅复合材料及其制备方法和应用 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种润滑靶向双功能二氧化硅复合材料及其制备方法和应用。所述二氧化硅复合材料包括芯层以及依次包覆于所述芯层表面的第一包覆层和第二包覆；所述芯层包括可降解二氧化硅纳米颗粒，所述可降解二氧化硅纳米颗粒的表面修饰有氨基；以及经所述氨基接枝于所述可降解二氧化硅纳米颗粒的4‑氰基‑4‑(硫代苯甲酰硫基)‑戊酸(CPD)；所述第一包覆层为2‑甲基丙烯酰氧乙基磷酰胆碱(MPC)的聚合物层；所述第二包覆层为丙烯酸类单体的聚合物层，且所述甲基丙烯酸的聚合物层的表面修饰有醛基。该二氧化硅复合材料具有良好的润滑和抗炎作用，兼具靶向功能与载药功能。

Description

润滑靶向双功能二氧化硅复合材料及其制备方法和应用
技术领域
本发明涉及纳米材料，特别是涉及一种润滑靶向双功能二氧化硅复合材料及其制备方法和应用。
背景技术
骨关节炎(OA)是一种常见的慢性关节疾病，目前全球有超过5亿人患有骨关节炎。骨关节炎的主要症状为关节疼痛，常为休息痛，活动片刻即缓解，但活动过多后，疼痛又加剧，另一症状是关节僵硬，常出现在早晨起床时或白天关节长时间保持一定体位后，病情严重者可有肌肉萎缩及关节畸形，严重影响患者的日常生活。
通常而言，骨关节炎的出现与软骨磨损和关节囊严重炎症有关，在骨关节炎的早期，患者由于关节的长期磨损，会有小的软骨碎片形成，在关节活动的过程中，会加剧骨关节炎的进程。
发明内容
本发明提供一种具有良好的润滑性能，并且具有靶向治疗骨关节炎的二氧化硅复合材料及其制备方法和应用。
本发明的第一方面，提供一种二氧化硅复合材料，包括芯层以及依次包覆于所述芯层表面的第一包覆层和第二包覆；
所述芯层包括可降解二氧化硅纳米颗粒，所述可降解二氧化硅纳米颗粒的表面修饰有氨基；以及经所述氨基接枝于所述可降解二氧化硅纳米颗粒的4-氰基-4-(硫代苯甲酰硫基)-戊酸(CPD)；
所述第一包覆层为2-甲基丙烯酰氧乙基磷酰胆碱(MPC)的聚合物层；
所述第二包覆层为丙烯酸类单体的聚合物层，且所述丙烯酸类单体的聚合物层的表面修饰有醛基。
在其中一个实施例中，所述丙烯酸类单体为所述甲基丙烯酸(MA)和/或丙烯酸(AA)。
本发明的第二方面，提供一种二氧化硅复合材料的制备方法，包括如下步骤：
将可降解二氧化硅纳米颗粒进行氨基化反应，在所述可降解二氧化硅纳米颗粒的表面修饰有氨基；
将活化后的4-氰基-4-(硫代苯甲酰硫基)-戊酸(CPD)与所述氨基进行反应，制备芯层；
于所述芯层的表面进行2-甲基丙烯酰氧乙基磷酰胆碱的聚合反应，形成第一包覆层；
于所述第一包覆层的表面进行丙烯酸类单体的聚合反应，形成第二包覆层，然后将所述第二包覆层进行醛基修饰。
在其中一个实施例中，所述丙烯酸类单体为所述甲基丙烯酸(MA)和/或丙烯酸(AA)。
在其中一个实施例中，可降解二氧化硅纳米颗粒的制备方法为两相法，包括如下步骤：
混合模板剂、三乙醇胺和水，制备第一溶液；可选地，所述模板剂为十六烷基三甲基氯化铵和/或十六烷基三甲基溴化铵；
将所述第一溶液与正硅酸乙酯(TOES)、环己烷混合反应，离心，去除模板剂。
在其中一个实施例中，氨基化反应包括如下步骤：
将所述可降解二氧化硅纳米颗粒与3-氨基丙基三乙氧基硅烷(APTES)反应。
在其中一个实施例中，于所述芯层的表面进行2-甲基丙烯酰氧乙基磷酰胆碱的聚合反应的步骤包括：
将所述芯层与所述2-甲基丙烯酰氧乙基磷酰胆碱、引发剂和溶剂混合，进行聚合反应；及/或，
将形成第一包覆层所得物料与所述丙烯酸类单体、引发剂和溶剂混合，进行聚合反应。
在其中一个实施例中，4-氰基-4-(硫代苯甲酰硫基)-戊酸(CPD)的活化方法包括如下步骤：
将4-氰基-4-(硫代苯甲酰硫基)-戊酸(CPD)与N-羟基琥珀酰亚胺(NHS)、1-乙基-(3-二甲基氨基丙基)碳酰二亚胺盐酸盐(EDC)进行反应。
在其中一个实施例中，醛基修饰包括如下步骤：
将形成第二包覆层所得物料与对羟基苯甲醛进行反应。
本发明的第三方面，提供一种治疗骨关节炎的药物，包括载体以及负载于所述载体的药物，所述载体包括第一方面所述的二氧化硅复合材料或第二方面所述的制备方法制备得到的二氧化硅复合材料。
上述二氧化硅复合材料，在可降解二氧化硅纳米颗粒的表面接枝2-甲基丙烯酰氧乙基磷酰胆碱和对羟基苯甲醛，三者互相协同，能够发挥良好的润滑和抗炎作用，且该二氧化硅复合材料兼具靶向功能与载药功能，在增强润滑效果的基础之上不断释放药物，同时可以靶向结合到软骨降解的部位，对早期骨关节炎(特别是如膝关节炎)的治疗具有积极的效果。另外，该二氧化硅复合材料还具有较好的生物相容性。
上述二氧化硅复合材料的制备方法步骤简单、条件温和，且在制备的过程中，没有引入难以除去的有毒物质，对生物体影响很小，适用于生物医学方面的应用。
附图说明
图1为润滑性测试结果图，(a)相同载荷3N，相同频率3Hz和不同浓度(1mg/mL、2mg/mL、5mg/mL)与摩擦系数(Coefficient of friction)之间关系直方图，(b)相同浓度1mg/mL，相同频率3Hz和不同载荷(15.4MPa、19.3MPa、22.1MPa)和摩擦系数之间关系直方图，(c)相同载荷3N，相同浓度1mg/mL，不同频率(1Hz、2Hz、3Hz)与摩擦系数之间关系直方图，(d)相同载荷3N，相同频率3Hz，相同浓度1mg/mL与摩擦系数之间关系曲线图；
图2为抗炎测试结果图，(a)IL-1β和(b)IL-6的表达水平(n＝3；*p<0.05)；
图3为体内靶向测试结果图(尺度50μm，组织学荧光图像)。
具体实施方式
以下结合具体实施例对本发明的润滑靶向双功能二氧化硅复合材料及其制备方法和应用作进一步详细的说明。本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施方式。相反地，提供这些实施方式的目的是使对本发明公开内容理解更加透彻全面。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。
本发明中，“第一方面”、“第二方面”、“第三方面”等仅用于描述目的，不能理解为指示或暗示相对重要性或数量，也不能理解为隐含指明所指示的技术特征的重要性或数量。而且“第一”、“第二”、“第三”等仅起到非穷举式的列举描述目的，应当理解并不构成对数量的封闭式限定。
本发明中，以开放式描述的技术特征中，包括所列举特征组成的封闭式技术方案，也包括包含所列举特征的开放式技术方案。
本发明中，涉及到数值区间，如无特别说明，上述数值区间内视为连续，且包括该范围的最小值及最大值，以及这种最小值与最大值之间的每一个值。进一步地，当范围是指整数时，包括该范围的最小值与最大值之间的每一个整数。此外，当提供多个范围描述特征或特性时，可以合并该范围。换言之，除非另有指明，否则本文中所公开之所有范围应理解为包括其中所归入的任何及所有的子范围。
本发明中涉及的百分比含量，如无特别说明，对于固液混合和固相-固相混合均指质量百分比，对于液相-液相混合指体积百分比。
本发明中涉及的百分比浓度，如无特别说明，均指终浓度。所述终浓度，指添加成分在添加该成分后的体系中的占比。
本发明中的温度参数，如无特别限定，既允许为恒温处理，也允许在一定温度区间内进行处理。所述的恒温处理允许温度在仪器控制的精度范围内进行波动。
本发明中的室温一般指4℃～30℃，较佳地指20±5℃。
本发明提供一种二氧化硅复合材料，包括芯层以及依次包覆于所述芯层表面的第一包覆层和第二包覆；
所述芯层包括可降解二氧化硅纳米颗粒，所述可降解二氧化硅纳米颗粒的表面修饰有氨基；以及经所述氨基接枝于所述可降解二氧化硅纳米颗粒的4-氰基-4-(硫代苯甲酰硫基)-戊酸(CPD)；
所述第一包覆层为2-甲基丙烯酰氧乙基磷酰胆碱(MPC)的聚合物层；
所述第二包覆层为丙烯酸类单体的聚合物层，且所述丙烯酸类单体的聚合物层的表面修饰有醛基。
在其中一个具体的示例中，所述丙烯酸类单体为所述甲基丙烯酸(MA)和/或丙烯酸(AA)。
在其中一个具体的示例中，所述2-甲基丙烯酰氧乙基磷酰胆碱与4-氰基-4-(硫代苯甲酰硫基)-戊酸的摩尔比为(3～3.3)：1。
在其中一个具体的示例中，所述2-甲基丙烯酰氧乙基磷酰胆碱与所述丙烯酸类单体的摩尔比为(6～8)：3。
本发明还提供一种二氧化硅复合材料的制备方法，包括如下步骤：
S1：将可降解二氧化硅纳米颗粒进行氨基化反应，在所述可降解二氧化硅纳米颗粒的表面修饰有氨基；
S2：将活化后的4-氰基-4-(硫代苯甲酰硫基)-戊酸(CPD)与所述氨基进行反应，制备芯层；
S3：于所述芯层的表面进行2-甲基丙烯酰氧乙基磷酰胆碱的聚合反应，形成第一包覆层；
S4：于所述第一包覆层的表面进行丙烯酸类单体的聚合反应，形成第二包覆层，然后将所述第二包覆层进行醛基修饰。
具体地，步骤S1中：
在其中一个具体的示例中，可降解二氧化硅纳米颗粒的制备方法为两相法。进一步地，可降解二氧化硅纳米颗粒的制备方法包括如下步骤：
混合模板剂、三乙醇胺和水，制备第一溶液；
将所述第一溶液与正硅酸乙酯(TOES)、环己烷混合反应，离心，去除模板剂。
在其中一个具体的示例中，所述模板剂为十六烷基三甲基氯化铵和/或十六烷基三甲基溴化铵。
在其中一个具体的示例中，混合模板剂、三乙醇胺和水的条件包括：温度为55℃～65℃，时间为0.5h～2h。
在其中一个具体的示例中，将所述第一溶液与TOES、环己烷混合反应的条件包括：转速为80～100rpm，温度为55℃～65℃，时间为55h～70h。
在其中一个具体的示例中，离心收集水相中含有模板剂的可降解二氧化硅纳米颗粒。
在其中一个具体的示例中，去除模板剂的步骤包括：在酸性甲醇溶液中，在55℃～65℃温度条件下反应20h～30h。
在其中一个具体的示例中，氨基化反应包括如下步骤：
将所述可降解二氧化硅纳米颗粒与3-氨基丙基三乙氧基硅烷(APTES)反应。
进一步地，将所述可降解二氧化硅纳米颗粒与3-氨基丙基三乙氧基硅烷反应的步骤包括：在惰性气氛中，于105℃～115℃回流20h～30h，所得反应液离心，收集固体产物，洗涤、干燥。
在其中一个具体的示例中，离心的条件包括：转速为7000～9000rpm，时间为5min～15min。
在其中一个具体的示例中，所述可降解二氧化硅纳米颗粒与3-氨基丙基三乙氧基硅烷的质量体积比为1g:(5～10)mL。
具体地，步骤S2中：
在其中一个具体的示例中，4-氰基-4-(硫代苯甲酰硫基)-戊酸(CPD)的活化方法包括如下步骤：将4-氰基-4-(硫代苯甲酰硫基)-戊酸(CPD)与N-羟基琥珀酰亚胺(NHS)、1-乙基-(3-二甲基氨基丙基)碳酰二亚胺盐酸盐(EDC)进行反应。
进一步地，反应包括如下步骤：
将所述4-氰基-4-(硫代苯甲酰硫基)-戊酸(CPD)溶于水，然后加入N-羟基琥珀酰亚胺(NHS)、1-乙基-(3-二甲基氨基丙基)碳酰二亚胺盐酸盐(EDC)，反应2h～5h。
在其中一个具体的示例中，所述4-氰基-4-(硫代苯甲酰硫基)-戊酸(CPD)与N-羟基琥珀酰亚胺(NHS)、1-乙基-(3-二甲基氨基丙基)碳酰二亚胺盐酸盐(EDC)的质量比为1:(0.62):(0.9～3)。
在其中一个具体的示例中，将活化后的4-氰基-4-(硫代苯甲酰硫基)-戊酸(CPD)与所述氨基进行反应的步骤包括：
将表面修饰有氨基的可降解二氧化硅纳米颗粒分散于水中，制备分散液；
混合所述分散液和活化后的4-氰基-4-(硫代苯甲酰硫基)-戊酸(CPD)，调节pH为8.5～9.5，反应20h～30h。
在其中一个具体的示例中，所述表面修饰有氨基的可降解二氧化硅纳米颗粒与所述4-氰基-4-(硫代苯甲酰硫基)-戊酸(CPD)的质量比为(0.6～0.7):1。
具体地，步骤S3中：
在其中一个具体的示例中，于所述芯层的表面进行2-甲基丙烯酰氧乙基磷酰胆碱的聚合反应的步骤包括：
将所述芯层与所述2-甲基丙烯酰氧乙基磷酰胆碱、引发剂和溶剂混合，进行聚合反应。
在其中一个具体的示例中，聚合反应的条件包括：在惰性气氛下，于55℃～65℃温度条件下反应20h～30h。
在其中一个具体的示例中，所述芯层与所述2-甲基丙烯酰氧乙基磷酰胆碱、引发剂的质量比为1:(4～6):(0.01～0.1)。
具体地，步骤S4中：
在其中一个具体的示例中，于所述第一包覆层的表面进行丙烯酸类单体的聚合反应的步骤包括：
将形成第一包覆层所得物料与所述丙烯酸类单体、引发剂和溶剂混合，进行聚合反应。
在其中一个具体的示例中，所述丙烯酸类单体为所述甲基丙烯酸(MA)和/或丙烯酸(AA)。
在其中一个具体的示例中，聚合反应的条件包括：在惰性气氛下，于65℃～75℃温度条件下反应20h～30h。
在其中一个具体的示例中，所述形成第一包覆层所得物料与所述丙烯酸类单体、引发剂的质量体积比为1g:(1～3)mL:(0.01～0.1)g。
具体地，步骤S5中：
在其中一个具体的示例中，醛基修饰包括如下步骤：
将形成第二包覆层所得物料与对羟基苯甲醛进行反应。
在其中一个具体的示例中，将形成第二包覆层所得物料与对羟基苯甲醛进行反应的步骤包括：
将形成第二包覆层所得物料与N,N’-二环己基碳二亚胺(DCC)、五氟苯酚(PFP)混合，在惰性气氛下，于-5℃～5℃温度条件下反应20h～30h；然后于反应液中加入4-二甲氨基吡啶和对羟基苯甲醛，反应30h～340h，离心后冷冻干燥。
在其中一个具体的示例中，所述形成第二包覆层所得物料与对羟基苯甲醛的质量比为1:(0.8～1.2)。
在其中一个具体的示例中，所述形成第二包覆层所得物料与对羟基苯甲醛、N,N’-二环己基碳二亚胺、五氟苯酚、4-二甲氨基吡啶的质量比为1:(0.8～1.2):(0.3～0.5):(0.2～0.4):(0.2～0.4)。
本发明还提供一种治疗骨关节炎的药物，包括载体以及负载于所述载体的药物，所述载体包括如上所述的二氧化硅复合材料或如上所述的制备方法制备得到的二氧化硅复合材料。
不作限制地，所述药物为双氯芬酸钠、布洛芬、氨基葡萄糖等中的一种或多种。
上述治疗骨关节炎的药物的制备方法包括如下步骤：
将所述载体分散于溶剂中，制备分散液；
于所述分散液中加入所述药物下反应20h～30h。
以下为具体的实施例，如无特别说明，实施例中采用的均为市售产品。
MPC：2-甲基丙烯酰氧乙基磷酰胆碱；
HBA：对羟基苯甲醛；
CTAC：十六烷基三甲基氯化铵；
TEA：三乙醇胺；
TOES：正硅酸乙酯；
APTES：3-氨基丙基三乙氧基硅烷；
CPD：4-氰基-4-(硫代苯甲酰硫基)-戊酸；
EDC：1-乙基-(3-二甲基氨基丙基)碳酰二亚胺盐酸盐；
NHS：N-羟基琥珀酰亚胺；
ACVA：4,4'-偶氮双(4-氰基戊酸)；
PBS：磷酸盐缓冲溶液；
MA：甲基丙烯酸；
DMF：N,N-二甲基甲酰胺；
DCC：N,N’-二环己基碳二亚胺；
PFP：五氟苯酚；
DMAP：4-二甲氨基吡啶；
DS：双氯芬酸钠。
实施例1
本实施例为一种润滑和靶向治疗早期骨关节炎的双功能纳米粒子(bMSNs@CPD-(MPC7-co-MAA3)-HBA)的制备方法及其药物负载方法，步骤如下：
(1)将120mL CTAC、0.9g TEA和180mL的去离子水在60℃下不断搅拌1h，之后添加5mL TOES和95mL环己烷，在转速90rpm，60℃条件下持续搅拌62h，采用离心法收集水相中含有CTAC模板的bMSNs，然后将其均匀分散在酸性甲醇溶液(150mL甲醇与1.5mL浓盐酸的混合溶液)中，在60℃下搅拌24h，去除模板，得到bMSNs；将1gbMSNs、无水甲苯100mL和APTES10mL混合，在N2气氛中110℃回流(冷凝)24h，接着将混合物以8000rpm的速度离心10min，取固体用甲苯和甲醇进行三次洗涤，真空干燥过夜，得到bMSNs-NH2。
(2)将300mg CPD溶解于30mL的去离子水中不断搅拌直至完全溶解，然后再添加0.32gEDC和0.2gNHS活化3h；然后将200mg步骤(1)制备的bMSNs-NH2溶于20mL的去离子水中超声分散均匀，加入到上述活化后的溶液中，使用三乙胺调节pH＝9，反应持续搅拌24h之后离心，取固体得到bMSNs@CPD。
(3)将步骤(2)制备的bMSNs@CPD 0.2g、1gMPC和0.01mg ACVA溶解于10mL甲醇中，在60℃和N2条件下不断搅拌24h，最后使用丙酮沉淀，离心，取固体真空干燥得bMSNs@CPD-MPC7。
(4)将步骤(3)制备的bMSNs@CPD-MPC7 0.15g溶解于10mL PBS中，加入0.32mL MA和0.008g ACVA，在N2氛围，70℃条件下反应24h，然后加入去离子水，离心，取固体真空干燥得bMSNs@CPD-(MPC7-co-MAA3)。
(5)将步骤(4)制备的bMSNs@CPD-(MPC7-co-MAA3)0.1g溶解于10mL无水DMF中，超声分散均匀，然后分别称取35mg DCC溶解于5mL DMF，31mg PFP溶解于5mL的DMF，加入至反应液中，通入N2 30min，使混合物在0℃下反应24h，接着加入24mgDMAP和0.1gHBA，滴加10mLDMF，继续搅拌36h，反应液离心，取固体冷冻干燥，得bMSNs@CPD-(MPC7-co-MAA3)-HBA。
(6)将步骤(5)制备的bMSNs@CPD-(MPC7-co-MAA3)-HBA 60mg溶解在10mL PBS中超声分散均匀，再加入10mgDS黑暗搅拌24h，离心，取固体干燥，得bMSNs@CPD-(MPC7-co-MAA3)-HBA-DS。
测试例：
(1)润滑性测试
1.1试验方法：
采用UMT-5万能材料试验机(Brucker，Billererica，MA，USA)，在往复模式(振幅：4mm)下，对实施例1的bMSNs、bMSNs@CPD-MPC7和bMSNs@CPD-(MPC7-co-MAA3)-HBA纳米颗粒在PBS悬浮液中的润滑性能进行试验研究。上部和下部摩擦摩擦材料为聚四氟乙烯(PTFE)球体(直径:8毫米)和抛光Ti6Al4V片材。分别在不同载荷(15.4MPa、19.3MPa、22.1MPa)，不同频率(1Hz、2Hz、3Hz)和不同浓度(1mg/mL、2mg/mL、5mg/mL)下进行摩擦学试验，试验时间为15min。记录了摩擦系数随时间的变化曲线。摩擦过程中的接触面半径和最大接触应力通过球面之间的赫兹接触应力公式计算：
其中，P为接触压力(MPa)，F为载荷(1N、2N、3N)，μ1和μ2为PTFE(0.3)和Ti6Al4V(0.3)的泊松比，E1和E2为PTFE(0.5GPa)和Ti6Al4V(110GPa)的弹性模量，R(4mm)为行程，P分别为15.4MPa(1N)、19.3MPa(2N)和22.1MPa(3N)。
1.2试验结果：
结果如图1所示，图1(a)展示了在相同载荷3N，相同频率3Hz和不同浓度(1mg/mL、2mg/mL、5mg/mL)与摩擦系数(Coefficient of friction)之间关系直方图，结果表明bMSNs、bMSNs@CPD-MPC7和bMSNs@CPD-(MPC7-co-MAA3)-HBA的浓度越小，摩擦系数越低，这是由于浓度与摩擦系数高度相关，浓度越大，容易造成纳米颗粒的团聚，使得润滑不良。图1(b)展示了相同浓度1mg/mL，相同频率3Hz和不同载荷(15.4MPa、19.3MPa、22.1MPa)和摩擦系数之间关系直方图，结果表明载荷越大，摩擦系数越低，对于bMSNs@CPD-MPC7和bMSNs@CPD-(MPC7-co-MAA3)-HBA来讲，这是由于MPC分子刷与水分子相互作用，形成一种坚硬的水合层，该水合层可以显著的降低摩擦系数，增强材料的润滑性能。图1(c)是在相同载荷3N，相同浓度1mg/mL，不同频率(1Hz、2Hz、3Hz)与摩擦系数之间关系直方图，结果表明频率对于摩擦系数的影响变化不大。图1(d)是在相同载荷3N，相同频率3Hz，相同浓度1mg/mL与摩擦系数之间关系曲线图，从图中我们可以清晰的看出bMSNs@CPD-(MPC7-co-MAA3)-HBA与bMSNs相比，摩擦系数显著降低，证明了bMSNs@CPD-(MPC7-co-MAA3)-HBA纳米颗粒优越的润滑性能。
(2)抗炎测试
2.1试验方法：
对实施例1的bMSNs、bMSNs@CPD-MPC7和bMSNs@CPD-(MPC7-co-MAA3)-HBA纳米粒子的抗炎试验是根据已知的方法进行的。用ELISA法检测巨噬细胞分泌的炎症因子。巨噬细胞(RAW 264.7)在密度为1×105孔板中接种，铺于6孔板中，每孔2mL，等待4小时细胞贴壁。之后，除Control组外，每孔加入含5μg/mL脂多糖(Lipopolysaccharide，LPS)的培养基(RPMI-1640培养基中加入10％胎牛血清和2％双抗(青霉素-链霉素混合液))2mL，孵育12h后，吸去培养基，bMSNs-DS组、bMSNs@CPD-MPC7-DS组、bMSNs@CPD-(MPC7-co-MAA3)-HBA-DS组和DS组分别加入含有0.3mg/mL材料(相应地为bMSNs-DS、bMSNs@CPD-MPC7-DS(简称MPC-DS)、bMSNs@CPD-(MPC7-co-MAA3)-HBA-DS(简称HBA-DS)和DS)的上述培养基，另设LPS组，在吸去培养基后仅重新加入上述培养基。孵育24h，离心收集细胞上清，用ELISA试剂盒测定IL-1β、IL-6等炎症因子的水平，每组实验重复3次。
bMSNs-DS的配置步骤：bMSNs 60mg溶解在10mL PBS中超声分散均匀，再加入10mgDS黑暗搅拌24h，离心，取固体干燥，得bMSNs-DS。
bMSNs@CPD-MPC7-DS的配置步骤：bMSNs@CPD-MPC7溶解在10mL PBS中超声分散均匀，再加入10mg DS黑暗搅拌24h，离心，取固体干燥，得bMSNs@CPD-MPC7-DS。
2.2试验结果：
脂多糖(LPS)是一种常见的内毒素(Endotoxin)，在体内可以通过细胞信号转导系统激活单核巨噬细胞、内皮细胞、上皮细胞等，合成和释放多种细胞因子和炎性介质，进而引起机体一系列的反应。
关节内膜中的巨噬细胞在早期骨关节炎的发展中作用十分重要，骨关节炎中的巨噬细胞可以产生IL-6、IL-1β等炎症因子，可以通过抑制炎症因子来减少炎症造成的破坏。
抗炎结果如图2所示，结果表明，与LPS组相比，给予bMSNs-DS、bMSNs@CPD-MPC7-DS和bMSNs@CPD-(MPC7-co-MAA3)-HBA-DS可以降低炎症因子的表达水平，具有抗炎效果。同时，bMSNs-DS、bMSNs@CPD-MPC7-DS和bMSNs@CPD-(MPC7-co-MAA3)-HBA-DS纳米颗粒与抗炎药物DS相比，具有明显的药物缓释效果，从抗炎效果上来bMSNs@CPD-(MPC7-co-MAA3)-HBA-DS可以显著降低IL-6，IL-1β抗炎因子的表达水平，抗炎效果优于bMSNs-DS和bMSNs@CPD-MPC7-DS。因此进一步证实了bMSNs@CPD-(MPC7-co-MAA3)-HBA-DS能抑制IL-6、IL-1β这些炎症因子的分泌。
(3)体内靶向测试
3.1试验方法：
模型的建立及分组：选择4周龄的SPF级健康雄性SD大鼠，随机分为6组，每组3只，其中3组为正常软骨组，3组为破损软骨组。在动物房内适应性喂养2周后，对破损软骨组进行前交叉韧带横断术和内侧半月板切除术建立骨关节炎模型：腹腔注射50mg/kg戊巴比妥麻醉大鼠后，用脱毛膏褪去大鼠右膝部的毛发后消毒，切开关节囊内侧，暴露前交叉韧带，离断前交叉韧带后切除半月板，继而用生理盐水冲洗关节腔后缝合皮肤。术后第七天将大鼠置于小动物跑步机上跑步30min/d，连续跑步3周。正常软骨组不进行任何处理。
共培养：将正常软骨组和破损软骨组大鼠处死，取出大鼠右侧膝关节，使用带有10％双抗的PBS冲洗取下的膝关节。在无菌条件下将膝关节关节囊完全暴露，并将组织分别放置于含有0.3mg/mL bMSNs-Cy5.5、bMSNs@CPD-MPC7-Cy5.5(简称MPC-Cy5.5)和bMSNs@CPD-(MPC7-co-MAA3)-HBA-Cy5.5(简称HBA-Cy5.5)的DMEM培养基中共培养2天。
Cy5.5的化学结构式如下所示：
Cy5.5(Cyanine 5.5)是一种发近红外(NIR)荧光的花青素荧光染料。它的消光系数高，荧光也很亮，并且对pH不敏感，并且由于它的荧光波长(Em：～700nm)恰好处于肌体组织近红外窗口I的区域(肌体的血液，体液和组织此区域背景荧光弱，而长波长穿透性强)，所以Cy5.5常应用于小动物活体体内成像中。Cy5.5可以用来标记蛋白，抗体，多肽，纳米粒等，它最常见的使用是标记核酸分子(DNA和RNA)。
NHS活化酯(N-羟基琥珀酰亚胺酯，N-hydroxysuccinimide ester，succinimidylester)是生物标记反应中最常用的活化基团。它活化Cy5.5分子中的羧基，让它可以和目标生物分子上的胺基(伯胺或者仲胺)反应生成稳定的酰胺键，从而把Cy5.5分子标记到生物大分子上。由于游离胺基是蛋白，抗体，多肽表面的常见官能团(来自于赖胺酸侧链)，Cy5.5-NHS可以和它们直接反应。核酸分子中天然不带游离胺基，只有胺基修饰过的RNA或者DNA才可以和Cy5.5-NHS反应。
bMSNs-Cy5.5(Cy5.5-NHS标记bMSNs-NH2)的合成步骤如下：
将20mg bMSNs-NH2超声均匀分散于20mL去离子水中，再加入200μL Cy5.5-NHS乙醇溶液黑暗持续搅拌24h，然后将纳米颗粒离心(6000rpm，10分钟)并用乙醇洗涤三次直到上清液无色，制备得到bMSNs-Cy5.5。
然后将bMSNs-Cy5.5按照实施例1步骤(2)～(5)进行后续合成，分别制备得到bMSNs@CPD-MPC7-Cy5.5(Cy5.5-NHS标记bMSNs@CPD-MPC7)、bMSNs@CPD-(MPC7-co-MAA3)-HBA-Cy5.5(Cy5.5-NHS标记bMSNs@CPD-(MPC7-co-MAA3)-HBA)。
切片、染色、观察：从培养基中取出膝关节，使用PBS冲洗三次后擦干组织表面，使用OCT冰冻切片包埋剂包埋后置于-80℃冰箱中放置4h。组织从-80℃冰箱中取出，避光条件下使用冰冻切片机进行切片。切片后使用固定液固定组织4h，PBS冲去固定液后进行DAPI染色，染色时间为10min。吸干DAPI染色液，用PBS洗涤3次，每次3分钟，将组织置于共聚焦显微镜下观察。
3.2试验结果：
结果如图3所示，显示bMSNs@CPD-(MPC7-co-MAA3)-HBA与破损软骨具有很好的结合性，可以很好的附着在破损软骨处，减缓软骨降解进程，实现体内靶向的功能。
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，便于具体和详细地理解本发明的技术方案，但并不能因此而理解为对发明专利保护范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。应当理解，本领域技术人员在本发明提供的技术方案的基础上，通过合乎逻辑的分析、推理或者有限的试验得到的技术方案，均在本发明所附权利要求的保护范围内。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求的内容为准，说明书及附图可以用于解释权利要求的内容。

Claims (10)

1.一种二氧化硅复合材料，其特征在于，包括芯层以及依次包覆于所述芯层表面的第一包覆层和第二包覆；
所述芯层包括可降解二氧化硅纳米颗粒，所述可降解二氧化硅纳米颗粒的表面修饰有氨基；以及经所述氨基接枝于所述可降解二氧化硅纳米颗粒的4-氰基-4-(硫代苯甲酰硫基)-戊酸；
所述第一包覆层为2-甲基丙烯酰氧乙基磷酰胆碱的聚合物层；
所述第二包覆层为丙烯酸类单体的聚合物层，且所述丙烯酸类单体的聚合物层的表面修饰有醛基。
2.根据权利要求1所述的二氧化硅复合材料，其特征在于，所述丙烯酸类单体为所述甲基丙烯酸和/或丙烯酸。
3.一种二氧化硅复合材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
将可降解二氧化硅纳米颗粒进行氨基化反应，在所述可降解二氧化硅纳米颗粒的表面修饰有氨基；
将活化后的4-氰基-4-(硫代苯甲酰硫基)-戊酸与所述氨基进行反应，制备芯层；
于所述芯层的表面进行2-甲基丙烯酰氧乙基磷酰胆碱的聚合反应，形成第一包覆层；
于所述第一包覆层的表面进行丙烯酸类单体的聚合反应，形成第二包覆层，然后将所述第二包覆层进行醛基修饰。
4.根据权利要求3所述的二氧化硅复合材料的制备方法，其特征在于，所述丙烯酸类单体为所述甲基丙烯酸和/或丙烯酸。
5.根据权利要求3或4所述的二氧化硅复合材料的制备方法，其特征在于，可降解二氧化硅纳米颗粒的制备方法为两相法，包括如下步骤：
混合模板剂、三乙醇胺和水，制备第一溶液；可选地，所述模板剂为十六烷基三甲基氯化铵和/或十六烷基三甲基溴化铵；
将所述第一溶液与正硅酸乙酯、环己烷混合反应，离心，去除模板剂。
6.根据权利要求3或4所述的二氧化硅复合材料的制备方法，其特征在于，氨基化反应包括如下步骤：
将所述可降解二氧化硅纳米颗粒与3-氨基丙基三乙氧基硅烷反应。
7.根据权利要求3或4所述的二氧化硅复合材料的制备方法，其特征在于，于所述芯层的表面进行2-甲基丙烯酰氧乙基磷酰胆碱的聚合反应的步骤包括：
将所述芯层与所述2-甲基丙烯酰氧乙基磷酰胆碱、引发剂和溶剂混合，进行聚合反应；及/或，
于所述第一包覆层的表面进行丙烯酸类单体的聚合反应的步骤包括：
将形成第一包覆层所得物料与所述丙烯酸类单体、引发剂和溶剂混合，进行聚合反应。
8.根据权利要求3或4所述的二氧化硅复合材料的制备方法，其特征在于，4-氰基-4-(硫代苯甲酰硫基)-戊酸的活化方法包括如下步骤：
将4-氰基-4-(硫代苯甲酰硫基)-戊酸与N-羟基琥珀酰亚胺、1-乙基-(3-二甲基氨基丙基)碳酰二亚胺盐酸盐进行反应。
9.根据权利要求3或4所述的二氧化硅复合材料的制备方法，其特征在于，醛基修饰包括如下步骤：
将形成第二包覆层所得物料与对羟基苯甲醛进行反应。
10.一种治疗骨关节炎的药物，其特征在于，包括载体以及负载于所述载体的药物，所述载体包括权利要求1～2任一项所述的二氧化硅复合材料或权利要求3～9任一项所述的制备方法制备得到的二氧化硅复合材料。
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