一种介孔二氧化硅纳米药物载体及其制备方法与流程

本发明属于无机化学、材料和药剂技术领域，特别是涉及一种介孔二氧化硅纳米药物载体及其制备方法。

技术背景

介孔二氧化硅纳米材料作为一种无机药物载体材料，其具有较大的比表面积和较高的孔隙率，可以在孔道内吸纳较多的药物分子，将药物封装于介孔孔道内，减少药物在体内输送过程的损耗，减轻药物对正常组织细胞的毒副作用，而且孔道结构对药物起到了缓释作用，可以延长药物的作用时间。

介孔二氧化硅无生理毒性，生物相容性较好，但是由于二氧化硅的刚性结构和化学惰性，很难在生物环境中降解，有研究表明：其在缓冲盐溶液中很难降解，在牛清蛋白溶液中需要30天以上才缓慢降解，一旦用于活体可能会致使载体颗粒难以从机体内排除，导致载体颗粒在体内大量蓄积，引发潜在的生物安全性问题，造成机体损害。由于介孔二氧化硅的生物不可降解性，限制其在药物递送系统等生物领域的有效应用，因而如何提高介孔二氧化硅的生物降解性，是一个亟待解决的问题。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种介孔二氧化硅纳米药物载体及其制备方法，解决了介孔二氧化硅难生物降解的问题。

本发明提供的这种介孔二氧化硅纳米药物载体是由磷酸钙与二氧化硅构成，其质量百分比为1-1.2:2.9-25.8。

所述介孔二氧化硅纳米药物载体的平均粒径为10-50nm；平均孔径1-4nm。

本发明这种介孔二氧化硅纳米药物载体的制备方法，包括以下步骤：

1)将磷酸氢二钠溶解于由蒸馏水、氨水和乙醇组成混合溶液中，接着加入十八烷基三甲氧基硅烷，混匀后加入正硅酸乙酯，然后加入氯化钙，并在搅拌条件下进行反应，反应完成后，进行抽滤，得磷酸钙掺杂二氧化硅纳米粒子；

2)将步骤1)中的磷酸钙掺杂二氧化硅纳米粒子进行烘干后，在设定温度下进行烧结，即得介孔二氧化硅纳米药物载体。

所述制备方法的步骤1)中，氯化钙、磷酸氢二钠、正硅酸乙酯和十八烷基三甲氧基硅烷的质量比为0.25-2.47:0.16-1.65:0.6-5.94:0.15-1.47，蒸馏水、乙醇和氨水的体积比25-50:70-90:4-13；磷酸氢二钠与混合溶剂的质量体积比0.059-0.59:123.75-147.45g/ml。搅拌温度为25-40℃；搅拌时间为2-10h。

所述制备方法的步骤2)中，烘干温度为30-70℃；烘干时间为4-12h；烧结温度为500-700℃；烧结时间为5-7h。

本发明这种介孔二氧化硅纳米药物载体负载药物的方法，包括以下步骤:

1)将药物配置成药物溶液，接着该药物溶液中加入介孔二氧化硅纳米药物载体，室温下共孵育。

2)对步骤1)共孵育的溶液进行离心，收集负载药物了介孔二氧化硅纳米药物载体，洗涤烘干后，得到负载了药物介孔纳米二氧化硅粒子。

所述步骤1)中，药物与介孔纳米二氧化硅药物载体的质量比为1:1-10；作为优选，药物与介孔纳米二氧化硅药物载体的质量比为1:4

所述步骤1)中，所述共孵育时间为0.5-24h本发明的有益效果是：

本发明由于在介孔二氧化硅骨架中掺杂了磷酸钙，降低了-si-o-si-键的致密度，提高介孔二氧化硅的生物降解性；其次利用了磷酸钙在中性条件下稳定，在酸性条件下易溶解的性质，一方面使得介孔二氧化硅纳米药物载体在中性条件下结构稳定性良好，而在酸性条件下，磷酸钙发生溶解，从而触发了药物的释放，使其药物的释放具有ph响应的特性，实现了药物靶向性治疗；另一方面磷酸钙的溶解，使得二氧化硅载体裂解，更有利于载体的降解和排泄。

附图说明

图1为实施例1制备的介孔二氧化硅纳米药物载体的sem图片和tem图片；

图2为实施例1制备的介孔二氧化硅纳米药物载体的eds元素分布图和xps能谱图；

图3为实施例1制备的介孔二氧化硅纳米药物载体的ftir和xps能谱图；

图4为实施例1制备的介孔二氧化硅纳米药物载体的氮气吸脱附等温曲线图和孔径分布图；

图5为实施例1制备的介孔二氧化硅纳米药物载体在ph＝4.5缓冲盐溶液中降解的形貌tem图；

图6为实施例1制备的介孔二氧化硅纳米药物载体在不同ph的缓冲盐溶液中钙离子的释放；

图7为实施例4中阿霉素与介孔二氧化硅纳米药物载体在不同质量比的情况下的药物负载率和包封率；

图8为实施例4中不同载药时间对包封率的影响；

图9为实施例4中载药的介孔二氧化硅纳米药物粒子在不同ph的缓冲盐溶液中药物的释放曲线图。

具体实施方式

实施例1

本实施例中的介孔二氧化硅纳米药物载体由磷酸钙和二氧化硅构成，其质量比为1:18.5。

介孔二氧化硅纳米药物载体的制备：

将0.118g磷酸氢二钠溶解于25ml蒸馏水+8.75ml氨水+90ml乙醇的混合溶剂中，接着加入0.047g十八烷基三甲氧基硅烷，搅拌混匀后，加入0.055g正硅酸乙酯，接着在搅拌条件下加入0.055g氯化钙，然后将整个混合溶液在30℃下搅拌反应8h，反应完成后，抽滤并洗涤，得磷酸钙掺杂二氧化硅纳米粒子。

磷酸钙掺杂二氧化硅纳米粒子于40℃干燥6h后，然后在550℃下烧结6h，即得介孔二氧化硅纳米药物载体。

介孔二氧化硅纳米药物载体的结构表征：

介孔二氧化硅纳米药物载体微观形貌如图1所示，从sem图可知，载体颗粒均匀、粒径较小；从tem图可知，载体颗粒形状为球性，表面光滑，粒子的粒径约40nm，由于粒子尺寸较小，无法从tem上观测其孔道结构。

介孔二氧化硅纳米药物载体的组成元素分析如图2所示，eds元素分布图可知，介孔二氧化硅纳米药物载体主要由o、si、ca、p四种元素组成；xps能谱图可知，o、si、ca、p四种元素质量百分比为66.68:29.64:2.21:1.47，对应的ca3(po4)2:sio2的质量比为1:18.5。

介孔二氧化硅纳米药物载体的红外谱图如图3所示，从红外图谱可知，介孔纳米二氧化硅药物载体除了具有介孔二氧化硅所具有的特征峰外，在562cm^-1附近还出现si-o-ca键的弯曲振动峰，另外值得注意的是，po4^3-的非对称伸缩振动峰与si-o-si键的伸缩振动峰在1090cm^-1附近交叠。从xps图谱可知，ca元素主要是以si-o-ca键和p-o-ca键的形式存在于介孔纳米二氧化硅载体中，与红外谱图的结果一致，说明钙元素的加入可有效的降低si-o-si键的密度，从而增强介孔二氧化硅纳米药物载体的生物降解性。

介孔二氧化硅纳米药物载体的氮气吸脱附等温线和孔径分布如图4所示，由图可知，氮气吸脱附等温线中存在了明显的滞后环，这主要是因为氮气在材料的介孔孔道内冷凝积聚所导致的；孔径分布图有两个峰值分别为3.44nm和24.33nm，结合图1中的tem图，介孔二氧化硅纳米药物载体的尺寸为40nm；因而可以确定24.33nm的孔径是由于载体颗粒聚集所导致的，介孔二氧化硅纳米药物载体的平均孔径应为3.44nm。

介孔二氧化硅纳米药物载体的生物降解性能：

将0.005g介孔二氧化硅纳米药物载体浸泡在ph4.5的10ml缓冲液中，然后分别在4h、8h、12h、24h后取样，使用透射电子显微镜观察粒子的形貌，其结果如图5所示。从图中可知，浸泡前，介孔二氧化硅纳米药物载体呈结构完整的球形颗粒，浸泡4h时，颗粒形貌模糊，出现裂解现象，随时间增长，降解越明显，12h时颗粒已经降解成纳米碎片，24h后，几乎完全降解，仅剩少量残余物质，说明本实施例制备的介孔二氧化硅纳米药物载体在酸性条件下是可以迅速降解的。

介孔二氧化硅纳米药物载体在不同ph的条件下钙离子的释放：

将制备的介孔二氧化硅纳米药物载体0.005g，放入到透析袋中，然后将透析袋分别放入到ph为4.5、5.5、6.5和7.4的缓冲盐溶液中，缓冲盐溶液体积为10ml。然后分别在0.16h、0.5h、1h、2h、4h、6h、8h、10h、24h和48h时取样，测量钙离子的含量，取样后补充相同体积新鲜缓冲盐溶液。其钙离子释放如图6所示。由图可知，介孔二氧化硅纳米药物载体的钙离子释放具有ph响应特性，ph越低，钙离子释放量越多，释放速度越快，这主要是因为载体在酸性条件下，掺杂的磷酸钙发生溶解，从而促进钙离子从二氧化硅骨架中释放出来；而在中性条件下，掺杂的磷酸钙相对稳定，因而在中性和弱酸性溶液中释放量相对较少，说明本发明中的介孔二氧化硅纳米药物载体具有ph响应降解的特性。

实施例2

本实施例中的介孔二氧化硅纳米药物载体由磷酸钙和二氧化硅构成，其质量比为1:2.42。

介孔二氧化硅纳米药物载体的制备：

将0.118g磷酸氢二钠溶解于100ml蒸馏水+8ml氨水+140ml乙醇的混合溶剂中，接着加入0.011g十八烷基三甲氧基硅烷，搅拌混匀后，加入0.042g正硅酸乙酯，接着在搅拌条件下加入0.177g氯化钙，然后将整个混合溶液在30℃下搅拌反应8h，反应完成后，抽滤并洗涤，得磷酸钙掺杂二氧化硅纳米粒子。

磷酸钙掺杂二氧化硅纳米粒子于30℃干燥12h后，然后在700℃下烧结5h，即得介孔二氧化硅纳米药物载体。

所制备的介孔二氧化硅纳米药物载体平均粒径为25nm，平均孔径为1.5nm。

实施例3

本实施例中介孔二氧化硅纳米药物载体由磷酸钙和二氧化硅构成，其质量比为1:25.8。

介孔二氧化硅纳米药物载体的制备：

将0.118g磷酸氢二钠溶解于35ml蒸馏水+13ml氨水+80ml乙醇的混合溶剂中，接着加入1.084g十八烷基三甲氧基硅烷，搅拌混匀后，加入4.308g正硅酸乙酯，接着在搅拌条件下加入0.184g氯化钙，然后将整个混合溶液在30℃下搅拌反应8h，反应完成后，抽滤并洗涤，得磷酸钙掺杂二氧化硅纳米粒子。

磷酸钙掺杂二氧化硅纳米粒子于70℃干燥4h后，然后在500℃下烧结7h，即得介孔二氧化硅纳米药物载体。

所制备的介孔二氧化硅纳米药物载体平均粒径为50nm，平均孔径为2.5nm。

实施例4

药物负载实验:

将阿霉素溶解于去离子水中，按照阿霉素与介孔二氧化硅纳米药物载体的质量比为1:1、1:2、1:4、1:8、1:10分别加入实施例1制备的介孔二氧化硅纳米药物载体，然后在室温下共孵育24h，接着进行离心分离和洗涤，即得负载了阿霉素的介孔二氧化硅纳米粒子。其药物负载率和包封率结果如图7所示，由图可知，阿霉素含量越高，药物负载率越高，但是其包封率越低。在阿霉素与介孔二氧化硅纳米药物载体质量为1:4以后，药物的包封率变化不大，因而阿霉素与介孔二氧化硅纳米药物载体质量比为1:4时，为最佳药物负载条件。

准备7份阿霉素与介孔二氧化硅纳米药物载体的质量比为1:4混合溶液，然后分别室温下共孵育0.5h、1h、2h、4h、8h、12h、24h，接着进行离心分离和洗涤，即得负载了阿霉素的介孔二氧化硅纳米粒子。共孵育时间与包封率关系如图8所示，由图8可知，介孔二氧化硅纳米药物载体能够迅速吸附药物，药载时间短，0.5h时，对药物包封率达到94％以上。

药物释放实验：

将制备的(质量比为1:4，共孵育时间为24h)负载了阿霉素的介孔二氧化硅纳米药物载体0.005g，放入到透析袋中，然后将透析袋分别放入到ph为4.5、5.5、6.5和7.4的缓冲盐溶液中，缓冲盐溶液体积为10ml。然后分别在0.16h、0.5h、1h、2h、4h、6h、8h、10h、24h和48h时取样，测量阿霉素的含量，取样后补充相同体积新鲜缓冲盐溶液。其药物释放曲线如图9所示。由图可知，介孔二氧化硅纳米药物载体具有ph响应释药性能，药物的释放基本集中于前10h，其在ph为7.4、6.5、5.5和4.5的缓冲盐溶液释放量分别为23.75％、34.75％、54.03％和83.37％，ph越低，药物释放量越多，释放速度越快，这主要是因为载体在酸性条件下，掺杂的磷酸钙发生溶解，从而促进载体的崩解，触发药物的释放；而在中性条件下，掺杂的磷酸钙相对稳定，因而在中性和弱酸性溶液中释放量相对较少，说明本发明中的介孔二氧化硅纳米药物载体具有ph响应药物释放的特性。

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集中实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。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。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。