具有活性氧响应的载体及其制备方法和复合材料

1.本技术属于药物载体技术领域，尤其涉及一种具有活性氧响应的载体及其制备方法和复合材料。


背景技术：

2.介孔二氧化硅纳米颗粒(mesoporous silica nanoparticles，msns)由于其大的比表面积、高的孔容、均匀可调的孔径、易于化学改性的内外表面、优异的热/化学稳定性及良好的生物安全性等优势，被广泛用于载药、生物成像、生物传感及癌症的协同治疗等研究领域。
3.活性氧(reactive oxygen species，ros)是体内一类氧的单电子还原产物，包括氧的一电子还原产物超氧阴离子(o2‑
)、二电子还原产物过氧化氢(h2o2)、三电子还原产物羟基自由基(
·
oh)以及一氧化氮等；在许多生理过程中如细胞信号和先天免疫起着关键性作用。
4.原花青素(proanthocyanidins，pc)属于多酚类物质，具有抗氧化的作用。此外发现可以促进骨形成、矿化，以及成骨细胞的增殖、分化和存活。这些作用是由多酚对成骨细胞的刺激作用及其对氧化应激和炎症细胞因子的保护作用引起的。然而，由于其低溶解度、低生物利用度、不稳定性和体内外降解性，限制了这些植物化学物质的应用。


技术实现要素：

5.本技术的目的在于提供一种具有活性氧响应的载体及其制备方法和复合材料，旨在解决如何为多酚类药物提供更好缓释载体的技术问题。
6.为实现上述申请目的，本技术采用的技术方案如下：
7.第一方面，本技术提供一种具有活性氧响应的载体，包括：
8.介孔二氧化硅纳米颗粒、与所述介孔二氧化硅纳米颗粒结合的荧光素和硅烷苯硫醚分子，所述硅烷苯硫醚分子的结构如下所示：
[0009][0010]
本技术提供一种具有活性氧响应的载体，其在介孔二氧化硅纳米颗粒的基础上结合荧光素和上述结构的硅烷苯硫醚分子，该硅烷苯硫醚分子具有很好的活性氧响应，荧光素可以实时监测活性氧响应效果。这样，用该载体负载多酚类药物时，可以在较高浓度的ros环境中智能释放，达到安全稳定，提高多酚类物质的生物利用度，而且荧光素可以实时观察多酚类物质作用的位置以及清除ros的效率，给研究提供更加直接的监测手段。因此，本技术提供的具有活性氧响应的载体用于载多酚类药物具有很好的前景。
[0011]
第二方面，本技术提供一种上述载体的制备方法，包括如下步骤：
[0012]
提供所述介孔二氧化硅纳米颗粒；
[0013]
将所述介孔二氧化硅纳米颗粒与所述荧光素混合避光进行标记反应，得到所述荧光素标记的所述介孔二氧化硅纳米颗粒；
[0014]
将所述荧光素标记的所述介孔二氧化硅纳米颗粒与所述硅烷苯硫醚分子混合进行催化反应，得到所述载体。
[0015]
本技术提供的具有活性氧响应的载体的制备方法，将介孔二氧化硅纳米颗粒依次与荧光素和硅烷苯硫醚分子进行混合反应标记得到，这样使载体在介孔二氧化硅纳米颗粒的基础上结合荧光素和硅烷苯硫醚分子，该制备方法工艺简单，成本低，最终得到的载体用于负载多酚类药物具有很好的前景。
[0016]
第三方面，本技术提供一种复合材料，所述复合材料包括本技术的上述载体和负载在所述载体上的多酚类药物。
[0017]
本技术提供的复合材料，在本技术特有的载体上负载多酚类药物，该载体具有活性氧响应，其负载多酚类药物后，可以提高多酚类药物在体内的生物利用度以及稳定性，达到高效率清除ros的效果，以保护血管内皮免受氧化应激，因此具有很好的医用前景。
附图说明
[0018]
为了更清楚地说明本技术实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0019]
图1是本技术实施例中的介孔二氧化硅纳米颗粒的tem图；
[0020]
图2是本技术实施例中的具有活性氧响应的载体ftir谱图；
[0021]
图3是本技术实施例中的具有活性氧响应的载体uv
‑
vis谱图；
[0022]
图4是本技术实施例中的介孔二氧化硅纳米颗粒和异硫氰酸荧光素标记的介孔二氧化硅纳米颗粒的粒径分布图；
[0023]
图5是本技术实施例中的具有活性氧响应的载体负载原青花素后的释放效果曲线图；
[0024]
图6是本技术实施例中的具有活性氧响应的载体负载原青花素后释放1天的tem图；
[0025]
图7是本技术实施例中的具有活性氧响应的载体负载原青花素后释放7天的tem图；
[0026]
图8是本技术实施例中的具有活性氧响应的载体负载原青花素后释放14天的tem图。
具体实施方式
[0027]
为了使本技术要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合实施例，对本技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本技术，并不用于限定本技术。
[0028]
本技术中，术语“和/或”，描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，a和/或b，可以表示：单独存在a，同时存在a和b，单独存在b的情况。其中a，b可以是单数或者复数。字符“/”一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。应理解，在本技术的各种实施例中，上述各过程的序号的大小并不意味着执行顺序的先后，部分或全部步骤可以并行执行或先后执行，各过程的执行顺序应以其功能和内在逻辑确定，而不应对本技术实施例的实施过程构成任何限定。
[0029]
在本技术实施例中使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制本技术。在本技术实施例和所附权利要求书中所使用的单数形式的“一种”、“所述”和“该”也旨在包括多数形式，除非上下文清楚地表示其他含义。
[0030]
本技术实施例说明书中所提到的相关成分的重量不仅仅可以指代各组分的具体含量，也可以表示各组分间重量的比例关系，因此，只要是按照本技术实施例说明书相关组分的含量按比例放大或缩小均在本技术实施例说明书公开的范围之内。具体地，本技术实施例说明书中所述的质量可以是μg、mg、g、kg等化工领域公知的质量单位。本技术的室温指25～27℃。
[0031]
本技术实施例第一方面提供一种具有活性氧响应的载体，包括：
[0032]
介孔二氧化硅纳米颗粒、与介孔二氧化硅纳米颗粒结合的荧光素和硅烷苯硫醚分子，该硅烷苯硫醚分子的结构如下所示：
[0033][0034]
本技术提供一种具有活性氧响应的载体，其在介孔二氧化硅纳米颗粒的基础上结合荧光素和上述结构的硅烷苯硫醚分子，该硅烷苯硫醚分子具有很好的活性氧响应，荧光素可以实时监测活性氧响应效果。这样，用该载体负载多酚类药物时，可以在较高浓度的ros环境中智能释放，达到安全稳定，提高多酚类物质的生物利用度，而且荧光素可以实时观察多酚类物质作用的位置以及清除ros的效率，给研究提供更加直接的监测手段。因此，本技术提供的具有活性氧响应的载体用于载多酚类药物具有很好的前景。
[0035]
本技术实施例提供的载体中，硅烷苯硫醚分子结合在介孔二氧化硅纳米颗粒的纳米孔内，荧光素结合在介孔二氧化硅纳米颗粒的表面。
[0036]
本技术实施例提供的载体中，该介孔二氧化硅纳米颗粒的粒径为90～100nm。介孔二氧化硅纳米颗粒的表面纳米孔具有2nm
‑
10nm孔径。
[0037]
本技术实施例提供的载体中，该硅烷苯硫醚分子结构如上文所示，其英文名称为：benzenethiol
‑3‑
isocyanatopropyltriethoxysilane(phsaptes)。
[0038]
本技术通过控制介孔二氧化硅纳米颗粒的纳米孔内表面的润湿行为，设计并制备了ros响应的自由阻滞控释系统。硅烷苯硫醚分子结合在介孔二氧化硅纳米颗粒的纳米孔内，疏水的苯基硫醚(phs)基团修饰的纳米孔内表面不被水润湿，如负载有多酚类药物，则可以成功地抑制多酚类药物的释放，在ros的刺激下，疏水的phs基团容易被氧化成吸电子的亲水性苯基亚砜或苯基砜，从而使纳米孔逐渐被润湿，这样多酚类药物则可以从纳米孔
中释放。而荧光素修饰在介孔二氧化硅纳米颗粒表面，可以指示介孔二氧化硅纳米颗粒药物递送体系的到达部位。
[0039]
进一步地，该介孔二氧化硅纳米颗粒与硅烷苯硫醚分子的质量比为1：(0.3～0.5)；具体地，可以是1：0.3，1：0.4，1：0.5等。将硅烷苯硫醚在该质量比范围内连接在介孔二氧化硅纳米颗粒的纳米孔内，具有更好的ros响应。
[0040]
本技术提供的载体中，该荧光素可以实时观察多酚类物质作用的位置以及清除ros的效率。进一步地，该荧光素为异硫氰酸荧光素(fitc)。
[0041]
在一个实施例中，本技术的上述载体由介孔二氧化硅纳米颗粒和结合在介孔二氧化硅纳米颗粒上的荧光素和硅烷苯硫醚分子组成。
[0042]
本技术实施例第二方面提供一种上述载体的制备方法，包括如下步骤：
[0043]
s01：提供介孔二氧化硅纳米颗粒；
[0044]
s02：将该介孔二氧化硅纳米颗粒与上述荧光素混合避光进行标记反应，得到荧光素标记的介孔二氧化硅纳米颗粒；
[0045]
s03：将荧光素标记的介孔二氧化硅纳米颗粒与上述硅烷苯硫醚分子混合进行催化反应，得到载体。
[0046]
本技术提供的具有活性氧响应的载体的制备方法，将介孔二氧化硅纳米颗粒依次与荧光素和硅烷苯硫醚分子进行混合反应标记得到，这样使载体在介孔二氧化硅纳米颗粒的基础上结合荧光素和硅烷苯硫醚分子，该制备方法工艺简单，成本低，最终得到的载体用于负载多酚类药物具有很好的前景。
[0047]
上述步骤中，介孔二氧化硅纳米颗粒可以通过市场上获得，也可以通过现有方法如溶胶凝胶法合成。具体地，可以是粒径为90～100nm的介孔二氧化硅纳米颗粒。
[0048]
上述步骤中，将该介孔二氧化硅纳米颗粒与上述荧光素混合避光进行标记反应的时间为20～26h；具体地，将介孔二氧化硅纳米颗粒与荧光素混合避光进行标记反应的步骤包括：配制介孔二氧化硅纳米颗粒分散液和荧光素溶液，将介孔二氧化硅纳米颗粒分散液和荧光素溶液混合进行磁性搅拌，然后避光反应20～26h。介孔二氧化硅纳米颗粒分散液的浓度范围为4～6mg/ml，优选5mg/ml；荧光素溶液可以是fitc溶液，浓度范围0.5～2mg/ml，优选l mg/ml；上述条件条件下混合，荧光素对介孔二氧化硅纳米颗粒标记反应效果最佳。
[0049]
上述步骤中，该介孔二氧化硅纳米颗粒用荧光素标记后，再与硅烷苯硫醚分子混合进行催化反应，催化反应的时间为20～26h。具体地，将荧光素标记的介孔二氧化硅纳米颗粒与硅烷苯硫醚分子混合进行催化反应的步骤包括：将荧光素标记的介孔二氧化硅纳米颗粒与硅烷苯硫醚分子分散在醇溶剂中，在氨水条件下反应20～26h。该反应体系中，荧光素标记的介孔二氧化硅纳米颗粒的浓度可以是4～6mg/ml，优选5mg/ml；硅烷苯硫醚分子浓度可以是1～3mg/ml，优选2mg/ml，醇溶剂可以是甲醇、乙醇、丙醇、丁醇等，本技术实施例优选乙醇；在上述条件下，经氨水催化反应，可使硅烷苯硫醚分子更好地结合在介孔二氧化硅纳米颗粒的纳米孔内。上述步骤结束后，最终得到的具有活性氧响应的载体中，介孔二氧化硅纳米颗粒与硅烷苯硫醚分子的质量比约为1：(0.3～0.5)。
[0050]
在一个实施例中，本技术提供的具有活性氧响应的载体由上述制备方法制备得到。
[0051]
本技术实施例第三方面提供一种复合材料，该复合材料包括本技术的上述载体和
负载在该载体上的多酚类药物。
[0052]
本技术提供的复合材料是一种药物释放复合材料，其在本技术特有的载体上负载多酚类药物，该载体具有活性氧响应，其负载多酚类药物后，可以提高多酚类药物在体内的生物利用度以及稳定性，达到高效率清除ros的效果，以保护血管内皮免受氧化应激，因此具有很好的医用前景。
[0053]
具体地，多酚类药物负载在介孔二氧化硅纳米颗粒的纳米孔内，该载体的纳米孔有疏水的苯基硫醚(phs)基团修饰，不被水润湿，可以抑制多酚类药物的释放，如此在ros的刺激下，疏水的phs基团容易被氧化成吸电子的亲水性苯基亚砜或苯基砜，从而使纳米孔逐渐被润湿，这样多酚类药物则可以从纳米孔中释放。
[0054]
在一个实施例中，本技术提供的具有活性氧响应的载体是药用载体，其负载的多酚类药物包括原花青素，还可以包括茶多酚、姜黄素等；本技术实施例中多酚类药物选自原花青素。具体地，原花青素装载在载体的介孔二氧化硅纳米颗粒的纳米孔径内，而硅烷苯硫醚分子是包裹在纳米颗粒内表面。根据环境中ros的情况，控制药物的释放与不释放。在一个实施例中，本技术的复合材料中，该载体与多酚类药物的质量比为1：(0.1～0.4)，具体地，可以是1：0.1，1：0.2，1：0.3，1：0.4等。该质量比范围内，负载的多酚类药物可以稳定释放。
[0055]
在一个实施例中，复合材料由本技术的上述载体与多酚类药物组成。
[0056]
进一步地，该复合材料的制备方法包括：提供上述具有活性氧响应的载体(该载体具体制备方法上文已介绍)，然后将该载体和2～3mg/ml的多酚类药物溶液混合，进行超声处理然后旋转混合，最后离心。在一个实施例中，将该载体加入2.5mg/ml原青花素甲醇水溶液中，超声处理2～10min，然后旋转混合20～26h，最后离心分离上清液与颗粒，即得到负载有原青花素的具有活性氧响应的载体的复合材料。上述步骤条件，能更好地将原青花素负载在具有活性氧响应的载体上。
[0057]
下面结合具体实施例进行说明。
[0058]
实施例1具有活性氧响应的载体构建
[0059]
1、硅烷苯硫醚分子(benzenethiol
‑3‑
isocyanatopropyltriethoxysilane,phsaptes)的合成；
[0060]
将2mmol的(苯硫基)乙酸【(phenylthio)acetic acid】，2.2mmol的11
‑
(3
‑
二甲氨基丙基)
‑3‑
乙基碳二亚胺盐酸盐(edci)和2mmol的n
‑
羟基琥珀酰亚胺(nhs)通过超声辅助的方式溶解在20ml的氯仿中；随后将2.46mmol的3
‑
氨丙基三乙氧基硅烷(aptes)(800μl)加入中反应体系中，并在室温下反应24小时。反应结束后，将所得澄清的淡黄色溶液浓缩为4ml并通过硅胶柱色谱的方式进行分离，流动相为石油醚：乙酸乙酯＝3：2，最后通过旋蒸去除溶剂，得到淡黄色的液体为最终产物，即化学结构如下的硅烷苯硫醚，得率约为68％。
[0061][0062]
2、介孔二氧化硅纳米颗粒的合成
[0063]
用天平称取0.4g ctab于25ml的小玻璃瓶中，加入20ml超纯水，将小玻璃瓶盖封紧。将小玻璃瓶至于70℃的烘箱中加热10min直至ctab完全溶解。先将水浴锅打开升温至70℃，将0.4g ctab冷却后加入到500ml三口烧瓶中，70℃水浴锅搅拌速度为250rpm。再将1.4ml的2m naoh溶液加入到180ml超纯水中，混合均匀后加入到三口烧瓶中，在相同的温度下预热10min搅拌，盖上塞子。待预热10min后，将2.0ml正硅酸四乙酯缓慢加入三口烧瓶中(滴加速度：1
‑
2秒/滴)，然后再加入2.0ml乙酸乙酯(1秒/滴)继续搅拌30s然后停止搅拌，老化2h。
[0064]
反应后的产物分别用8支50ml的离心管各装25ml，并向离心管中分别加入10ml丙酮。将上述的溶液进行离心，设置离心参数为25℃，10000rmp，30min。离心完成后迅速弃去上清液，将所得的颗粒重新置于40ml无水乙醇中分散(每个离心管中20ml)并各加入大约60mg硝酸铵。于超声槽中超声处理2h以去除模板。重复2操作3次在最后一次去除模板离心去除上清液后继续用乙醇清洗一次产物离心弃上清液。最后向两支离心管中各加入10ml无水乙醇进行超声分散，即得最终介孔二氧化硅纳米颗粒(msns)分散液。(该msns的tem图如图1所示)。
[0065]
3、异硫氰酸荧光素标记介孔二氧化硅纳米颗粒
[0066]
取10ml上述制备的介孔二氧化硅纳米颗粒分散液(msns浓度5.1mg/ml)，再配制1mg/ml的fitc乙醇溶液，取0.5ml fitc乙醇溶液与介孔二氧化硅纳米颗粒分散液混合置于磁力搅拌器上380rpm旋转24h，避光反应24h结束，将小玻璃瓶中的溶液加入离心管并配平，离心弃上清液，离心结束用无水乙醇再清洗一次，分散在10ml的水中，得到异硫氰酸荧光素标记的介孔二氧化硅纳米颗粒(用fmmsns表示)。
[0067]
4、ros响应材料硅烷苯硫醚的标记
[0068]
取50mg上述制备的fmmsns溶解在10ml的乙醇中并避光保存，再取20mg上述合成的硅烷苯硫醚加入反应体系中，随后加入0.1ml的氨水催化反应，室温反应24小时后，避光离心乙醇洗涤三次，最终得到硅烷苯硫醚和异硫氰酸荧光素标记的介孔二氧化硅纳米颗粒(用fmmsns
‑
phs表示)，即为具有活性氧响应的载体。
[0069]
测试表征
[0070]
(一)图2为傅里叶变换红外光谱(ftir)，图中，1638cm
‑1处的特征吸收峰是由于氨基的弯曲振动，2926cm
‑1和2855cm
‑1处的吸收峰是由
‑
ch2‑
基团的伸缩振动产生的；图3为紫外
‑
可见吸收光谱(uv
‑
vis)，图中，随着苯硫(phs)基团的修饰，260nm左右的吸收峰逐渐增大。
[0071]
uv
‑
vis和ftir结果证明，phs基团成功修饰到fmmsns上的纳米孔内表面。
[0072]
(二)本技术用动态光散射(dls)测量颗粒度，结果如表1和图4所示(图4中，每个样品测两次，1为msns样品；2为fm
‑
msns样品)。
[0073]
表1
[0074]
样品dls粒径(nm)pdi(％)zeta电位(mv)msns94.4010.9
‑
28.5fm
‑
msns96.475.6
‑
28.0
[0075]
实施例2原青花素(pc)的载带和释放
[0076]
1、原青花素(pc)的载带
[0077]
取6ml超纯水于15ml小离心管中，再加入4ml甲醇，混合均匀；称取15mg原青花素(pc)于15ml小离心管中，加入6ml甲醇水混合溶液超声溶解；取50mg实施例1制备的载体(fmmsns
‑
phs)于15ml小离心管中，离心弃上清液，将所得颗粒在用超纯水清洗一次，离心弃上清液；向所得颗粒中加6ml 2.5mg/ml的pc的甲醇水溶液，超声溶解后再超声2min；将混合溶液于旋转混合仪上旋转混合24h，密封避光；混合结束将所得溶液离心，分离上清液与颗粒，得到本技术的复合材料(即负载原青花素的载体的复合材料，fmmsns
‑
phs@pc)；将所得上清液进行紫外表征计算载药率。
[0078]
2、原青花素(pc)的释放
[0079]
为了考查负载原青花素的载体在不同氧化条件下原青花素的释放，配制不同过氧化氢浓度(0、50、100、500μm)的缓冲溶液(pbs，ph＝7.4)，取30mg已经载药的fmmsns
‑
phs@pc颗粒溶于3ml的上述缓冲液中，并将颗粒放入截留分子量为10kda的透析袋中，将整个透析袋置于90ml的配置好的上述缓冲液中，将整个体系置于37℃条件下进行释放。并于固定的时间点(1，2，4，6，8，10，12，14天)取1ml进行浓度测试，取样后补加1ml缓冲液，计算累计释放率。并在1、7、14天取出部分纳米颗粒，进行制样，拍摄tem用来观察纳米颗粒的降解情况。不同氧化条件下的释放曲线结果如图5所示，氧化氢浓度为500μm的缓冲溶液中不同时间纳米颗粒的tem图如图6
‑
图8所示。
[0080]
本试验采用原青花素(pc)为负载药物，通过pc的吸光度标准曲线计算出pc在fmmsns
‑
phs中的负载量为103.4μg/mg。以pc在560nm处的pc吸光度变化来检测释放过程。不同过氧化氢浓度条件下，fmmsns
‑
phs@pc颗粒释放pc的速率不同；氧化氢浓度为0的条件下，fmmsns
‑
phs@pc在14天内有少量pc释放，可能和介孔二氧化硅纳米颗粒在溶液中降解有关，但可以说明在没有ros的情况下，水通道被阻断；随着过氧化氢浓度的升高，pc的释放率不断增加，表面官能团具有ros响应性，50μm的过氧化氢条件下，pc的释放几乎没有到达平台期，而在100μm和500μm的条件下，pc的释放在10天左右到达一定的平台期。从氧化氢浓度为500μm的缓冲溶液的tem图的结果可知：介孔结构会发生一定的降解行为，7天出现明显的降解，有序的孔道结构部分消失，14天后孔道结构基本完全消失，这一过程也加速了药物的释放。pc在500μm过氧化氢中比在50μm和100μm浓度中释放更多；另外，对不同浓度过氧化氢溶液浸泡1、7、14d后fmmsns
‑
phs@pc的形貌和结构进行表征，fmmsns
‑
phs@pc均表现出不同程度的生物降解。在0μm过氧化氢溶液中，大部分fmmsns
‑
phs@pc保持完整的中空纳米结构，而在300μm过氧化氢溶液中，少量fmmsns
‑
phs@pc出现结构损伤。以上结果表明，fmmsns
‑
phs@pc的药物释放伴随着fmmsns
‑
phs基质的生物降解，在过氧化氢溶液中，fmmsns
‑
phs@pc可以被激活打开介孔，加速药物释放，加速fmmsns
‑
phs基质的生物降解。
[0081]
本技术将原花青素使用具有fitc修饰的介孔二氧化硅纳米装载，并设计纳米颗粒具有ros响应的功能；在体内使原花青素在高浓度的ros环境中智能释放，达到安全稳定，提高原花青素的利用；在体外可通过fitc事实观察原花青素作用的位置以及清除ros的效率，给研究提供更加直接的监测手段。
[0082]
以上所述仅为本技术的较佳实施例而已，并不用以限制本技术，凡在本技术的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本技术的保护范围之内。