一种介孔SiO2材料改性方法

一种介孔sio2材料改性方法
技术领域
1.本发明涉及一种介孔sio2材料的改性方法，属于材料工程、药物制剂领域，用该方法改性的介孔sio2材料，具有亲水和亲油的两亲性，可实际应用于药物载体等。


背景技术：

2.介孔sio2材料粒径细小、粒度分布均一、孔隙率高、比表面积大、表面吸附力强、分散度与流动性好、化学纯度高、无毒无味无嗅，是良好的药物载体候选材料。但是介孔sio2材料含有数量众多的表面亲水性活性羟基，表面活性羟基使介孔sio2具有极高的表面能，颗粒之间氢键、静电力等作用力强，容易吸附环境中的水分和产生团聚，不利于自身以及装载药物后性质的稳定。
3.表面羟基疏水改性是解决上述不足的常规方法，常用的疏水改性剂主要包括：有机氯硅烷，如二甲基二氯硅烷、苯基二甲基氯硅烷等；硅氧烷，如聚二甲基硅氧烷、六甲基二硅氧烷等；硅烷偶联剂，如六甲基二硅氮烷、六甲基环三硅氮烷、正辛基三乙氧基硅烷、γ-氨丙基三乙氧基硅烷(kh550)、γ-环氧丙氧基丙基三甲氧基硅烷(kh560)等；醇类，如正庚醇、正辛醇、正二十二醇等。但采用常规的疏水化改性，会同时限制介孔二氧化硅材料对水溶性药物的装载以及装载后药物在水中的溶出。
4.烷基酚聚氧乙烯醚(apeo)在化学结构上同时具有疏水性的烷基苯基和亲水性的聚氧乙烯链，如能利用烷基酚聚氧乙烯醚修饰介孔sio2材料的表面亲水性活性羟基，改性后的介孔sio2材料能够具有亲水和亲油的两亲性。目前烷基酚聚氧乙烯醚主要用于聚氧乙烯型非离子表面活性剂，尚无用于介孔sio2材料改性的研究报道。


技术实现要素：

5.本发明旨在解决介孔sio2材料富含表面亲水性活性羟基、表面能高、颗粒之间氢键与静电力作用强、容易吸附环境水分、容易产生团聚以及常规疏水化改性后的介孔sio2材料高度疏水、不利于装载水溶性药物、制约装载后药物在水中溶出等问题，提供一种同时具备亲水性和亲油性的介孔sio2材料改性方法。
6.本发明采用的技术方案，介孔sio2材料改性方法反应式如下：
[0007][0008]
介孔sio2材料改性方法步骤如下：
[0009]
(1)将烷基酚聚氧乙烯醚的端位羟基氧化为羧基
[0010]
将0.1mol烷基酚聚氧乙烯醚和0.11～0.15mol naoh溶解至300～500ml去离子水中，加入0.11～0.15mol kmno4，持续搅拌氧化反应4～24hr，过滤除去未反应的kmno4、副产物mno2；以1滴/秒的速度滴加盐酸调节ph值至1.0～3.0，-80～-30℃真空冷冻干燥除水，真空度0～200pa；用50ml甲苯复溶，过滤并旋蒸去除甲苯，得到纯化的端位羧基样品；
[0011]
烷基酚聚氧乙烯醚为辛基酚聚氧乙烯醚、壬基酚聚氧乙烯醚或十二烷基聚氧乙烯醚，聚氧乙烯链的聚合度为8～20；
[0012]
(2)将端位羧基制备为酰氯
[0013]
将0.1mol纯化的端位羧基样品溶解至100～300ml无水ch2cl2中，以1滴/秒的速度滴加0.11～0.15mol socl2，持续搅拌至反应完全结束；过滤并旋蒸去除溶剂ch2cl2、未反应的socl2、残留的副产物hcl和so2，得到纯化的端位酰氯样品；
[0014]
(3)采用γ-氨丙基三乙氧基硅烷疏水改性介孔sio2材料并得到γ位的氨基结构
[0015]
将介孔sio2材料在烘箱中120～350℃处理2～24hr；将处理后的介孔sio2材料加入50ml甲苯，制成分散均匀的混悬液；以1滴/秒的速度滴加100ml的γ-氨丙基三乙氧基硅烷，130～150℃油浴搅拌回流2～8hr；反应体系自然冷却至室温，将疏水改性后的介孔sio2材料过滤、乙醇洗涤、120～200℃干燥至恒重；
[0016]
(4)构建酰胺键，完成介孔sio2材料的两亲性改性
[0017]
将γ-氨丙基三乙氧基硅烷疏水改性的介孔sio2材料分散至50ml甲苯溶剂中，加入三乙胺并搅拌均匀，添加量为每1ml甲苯中添加1～10μl三乙胺；将纯化的端位酰氯样品复溶于50ml甲苯，以1滴/秒的速度滴加至介孔sio2材料分散体系，端位酰氯与γ位氨基反应形成酰胺键，完成两亲性改性；反应结束后将两亲性改性后的介孔sio2材料过滤、乙醇洗涤、120～200℃干燥至恒重。本发明被改性的介孔sio2材料为纳米气相白炭黑、单分散介孔sio2微球或介孔sio2分子筛。
[0018]
本发明改性后的介孔sio2材料具有亲水和亲油的两亲性。
[0019]
适用于上述改性方法的介孔sio2材料主要包括纳米气相白炭黑、单分散介孔sio2微球、sba-15、kit-6等介孔sio2分子筛等。
[0020]
本发明的有益效果：按照上述方法改性后的介孔sio2材料，具有亲水和亲油的两亲性；改性后的介孔sio2材料可以作为药物载体材料使用，在水和有机溶剂中均可以良好分散，能够同时实现水溶性、脂溶性药物的装载和有效释放。
[0021]
上述改性方法适用于同样拥有表面亲水性活性羟基的介孔al2o3材料等的两亲性改性。
[0022]
按照上述方法改性后的介孔sio2材料、介孔al2o3材料同样能够应用于树脂材料改性、橡胶材料改性等。
附图说明
[0023]
图1 两亲性改性纳米气相白炭黑透射电镜微观形貌
[0024]
图2 两亲性改性单分散介孔sio2微球透射电镜微观形貌
[0025]
图3 两亲性改性sba-15介孔sio2分子筛透射电镜微观形貌
[0026]
图4 两亲性改性kit-6介孔sio2分子筛透射电镜微观形貌
[0027]
图5 脂溶性维生素d3装载于未改性单分散介孔sio2微球后在乙醇中溶出曲线
[0028]
图中：横坐标为溶出时间，单位小时(hr)；纵坐标为溶出度，单位％。
[0029]
图6 水溶性维生素c装载于γ-氨丙基三乙氧基硅烷疏水改性单分散介孔sio2微球后在水中溶出曲线
[0030]
图中：横坐标为溶出时间，单位小时(hr)；纵坐标为溶出度，单位％。
[0031]
图7 脂溶性维生素d3装载于两亲性改性单分散介孔sio2微球后在乙醇中溶出曲线
[0032]
图中：横坐标为溶出时间，单位小时(hr)；纵坐标为溶出度，单位％。
[0033]
图8 水溶性维生素c装载于两亲性改性单分散介孔sio2微球后在水中溶出曲线
[0034]
图中：横坐标为溶出时间，单位小时(hr)；纵坐标为溶出度，单位％。
具体实施方式
[0035]
下面结合实施例和附图对本发明进一步说明。
[0036]
实施例1
[0037]
将0.1mol壬基酚聚氧乙烯醚(聚氧乙烯链的聚合度为20)和0.15mol naoh溶解至500ml去离子水中，加入0.15mol kmno4，磁力搅拌氧化反应24hr，过滤除去未反应的kmno4、副产物mno2；以1滴/秒的速度滴加盐酸调节ph值至1.0，-80℃真空冷冻干燥除水，真空度0～200pa；用50ml甲苯复溶，过滤并旋蒸去除甲苯，得到纯化的端位羧基样品。
[0038]
将0.1mol纯化的端位羧基样品溶解至300ml无水ch2cl2中，以1滴/秒的速度滴加0.15mol socl2，持续搅拌至反应完全结束；过滤并旋蒸去除溶剂ch2cl2、未反应的socl2、残留的副产物hcl和so2，得到纯化的端位酰氯样品。
[0039]
将纳米气相白炭黑在烘箱中120℃处理24hr，然后加入50ml甲苯，制成分散均匀的混悬液；以1滴/秒的速度滴加100ml的γ-氨丙基三乙氧基硅烷，130℃油浴搅拌回流4hr；反应体系自然冷却至室温，将疏水改性后的纳米气相白炭黑过滤、乙醇洗涤、120℃干燥至恒重。
[0040]
将γ-氨丙基三乙氧基硅烷改性的纳米气相白炭黑分散至50ml甲苯溶剂中，加入
三乙胺并搅拌均匀，三乙胺添加量为每1ml甲苯中添加10μl；将纯化的端位酰氯样品复溶于50ml甲苯，以1滴/秒的速度滴加至纳米气相白炭黑分散体系，端位酰氯与γ位氨基反应形成酰胺键；反应结束后将两亲性改性后的纳米气相白炭黑过滤、乙醇洗涤、120℃干燥至恒重。
[0041]
两亲性改性纳米气相白炭黑透射电镜微观形貌如图1所示。
[0042]
实施例2
[0043]
将0.1mol辛基酚聚氧乙烯醚(聚氧乙烯链的聚合度为10)和0.11mol naoh溶解至300ml去离子水中，加入0.11mol kmno4，机械搅拌氧化反应4hr，过滤除去未反应的kmno4、副产物mno2；以1滴/秒的速度滴加盐酸调节ph值至3.0，-30℃真空冷冻干燥除水，真空度0～200pa；用50ml甲苯复溶，过滤并旋蒸去除甲苯，得到纯化的端位羧基样品。
[0044]
将0.1mol纯化的端位羧基样品溶解至100ml无水ch2cl2中，以1滴/秒的速度滴加0.11mol socl2，持续搅拌至反应完全结束；过滤并旋蒸去除溶剂ch2cl2、未反应的socl2、残留的副产物hcl和so2，得到纯化的端位酰氯样品。
[0045]
将单分散介孔sio2微球在烘箱中350℃恒温处理2hr，然后加入50ml甲苯，制成分散均匀的混悬液；以1滴/秒的速度滴加100ml的γ-氨丙基三乙氧基硅烷，150℃油浴搅拌回流2hr；反应体系自然冷却至室温，将疏水改性后的单分散介孔sio2微球过滤、乙醇洗涤、200℃干燥至恒重。
[0046]
将γ-氨丙基三乙氧基硅烷改性的单分散介孔sio2微球分散至50ml甲苯溶剂中，加入三乙胺并搅拌均匀，三乙胺添加量为每1ml甲苯中添加1μl；将纯化的端位酰氯样品复溶于50ml甲苯，以1滴/秒的速度滴加至单分散介孔sio2微球分散体系，端位酰氯与γ位氨基反应形成酰胺键；反应结束后将两亲性改性后的单分散介孔sio2微球过滤、乙醇洗涤、200℃干燥至恒重。
[0047]
两亲性改性单分散介孔sio2微球透射电镜微观形貌如图2所示。
[0048]
实施例3
[0049]
将0.1mol辛基酚聚氧乙烯醚(聚氧乙烯链的聚合度为8)和0.13mol naoh溶解至400ml去离子水中，加入0.13mol kmno4，室温磁力搅拌氧化反应10hr，过滤除去未反应的kmno4、副产物mno2；以1滴/秒的速度滴加盐酸调节ph值至2.0，-60℃真空冷冻干燥除水，真空度0～200pa；用50ml甲苯复溶，过滤并旋蒸去除甲苯，得到纯化的端位羧基样品。
[0050]
将0.1mol纯化的端位羧基样品溶解至200ml无水ch2cl2中，以1滴/秒的速度滴加0.13mol socl2，持续搅拌至反应完全结束；过滤并旋蒸去除溶剂ch2cl2、未反应的socl2、残留的副产物hcl和so2，得到纯化的端位酰氯样品。
[0051]
将介孔sio
2 sba-15分子筛在烘箱中280℃处理8hr，然后加入50ml甲苯，制成分散均匀的混悬液；以1滴/秒的速度滴加100ml的γ-氨丙基三乙氧基硅烷，140℃油浴搅拌回流8hr；反应体系自然冷却至室温，将疏水改性后的sba-15分子筛过滤、乙醇洗涤、180℃干燥至恒重。
[0052]
将γ-氨丙基三乙氧基硅烷改性的sba-15分子筛分散至50ml甲苯溶剂中，加入三乙胺并搅拌均匀，三乙胺添加量为每1ml甲苯中添加6μl；将纯化的端位酰氯样品复溶于50ml甲苯，以1滴/秒的速度滴加至sba-15分子筛分散体系，端位酰氯与γ位氨基反应形成酰胺键；反应结束后将两亲性改性后的sba-15分子筛过滤、乙醇洗涤、180℃干燥至恒重。
[0053]
实施例4
[0054]
将0.1mol十二烷基酚聚氧乙烯醚(聚氧乙烯链的聚合度为16)和0.12mol naoh溶解至450ml去离子水中，加入0.12mol kmno4，室温搅拌氧化反应16hr，过滤除去未反应的kmno4、副产物mno2；以1滴/秒的速度滴加盐酸调节ph值至1.0，-45℃冷冻干燥除水，真空度0～200pa；用50ml甲苯复溶，过滤并旋蒸去除甲苯，得到纯化的端位羧基样品。
[0055]
将0.1mol纯化的端位羧基样品溶解至250ml无水ch2cl2中，以1滴/秒的速度滴加0.12mol socl2，持续搅拌至反应完全结束；过滤并旋蒸去除溶剂ch2cl2、未反应的socl2、残留的副产物hcl和so2，得到纯化的端位酰氯样品。
[0056]
将介孔sio2kit-6分子筛在真空干燥箱中200℃恒温处理16hr，然后加入甲苯，制成分散均匀的混悬液；以1滴/秒的速度滴加100ml γ-氨丙基三乙氧基硅烷，130℃油浴搅拌回流6hr；反应体系自然冷却至室温，将疏水改性后的kit-6分子筛过滤、乙醇洗涤、150℃干燥至恒重。
[0057]
将γ-氨丙基三乙氧基硅烷改性的kit-6分子筛分散至50ml甲苯溶剂中，加入三乙胺并搅拌均匀，三乙胺添加量为每1ml甲苯中添加4μl；将纯化的端位酰氯样品复溶于50ml甲苯，以1滴/秒的速度滴加至kit-6分子筛分散体系，端位酰氯与γ位氨基反应形成酰胺键；反应结束后将两亲性改性后的kit-6分子筛过滤、乙醇洗涤、150℃干燥至恒重。
[0058]
两亲性改性kit-6分子筛透射电镜微观形貌如图4所示。
[0059]
实施例5
[0060]
实施例5为对比实施例。
[0061]
将脂溶性维生素d3装载于未改性的单分散介孔sio2微球：由于未改性的单分散介孔sio2微球拥有大量亲水性表面活性羟基，无法被有机溶剂充分浸润，需要配制维生素d3的水-乙醇混合溶剂(体积比1∶1)饱和溶液；将未改性单分散介孔sio2微球分散至维生素d3溶液中，置于真空烘箱中压力渗透，抽除介孔中的空气，同时使药物充分装载于孔隙之中并与载体充分吸附；将压力渗透后的料液过滤，洗涤、干燥，实现药物的装载。
[0062]
维生素d3装载于未改性单分散介孔sio2微球后在乙醇中溶出(溶出曲线如图5所示)：由于未改性单分散介孔sio2微球拥有大量亲水性表面活性羟基，无法被乙醇充分浸润，药物需要在溶出介质的逐步浸润下才能够缓慢的溶出，经过225hr药物溶出度达到约90％。
[0063]
实施例6
[0064]
实施例6为对比实施例。
[0065]
将水溶性维生素c装载于γ-氨丙基三乙氧基硅烷疏水改性的单分散介孔sio2微球：由于疏水改性后的单分散介孔sio2微球无法被水充分浸润，需要配制维生素c的水-乙醇混合溶剂(体积比1∶1)饱和溶液；将γ-氨丙基三乙氧基硅烷疏水改性单分散介孔sio2微球分散至维生素c溶液中，置于真空烘箱中压力渗透，抽除介孔中的空气，同时使药物充分装载于孔隙之中并与载体充分吸附；将压力渗透后的料液过滤，洗涤、干燥，实现药物的装载。
[0066]
维生素c装载于γ-氨丙基三乙氧基硅烷疏水改性单分散介孔sio2微球后在水中溶出(溶出曲线如图6所示)：由于疏水改性后的单分散介孔sio2微球无法被水充分浸润，药物需要在溶出介质的逐步浸润下才能够缓慢的溶出，经过225hr药物溶出度达到约70％。
[0067]
实施例7
[0068]
将脂溶性维生素d3装载于两亲性改性的单分散介孔sio2微球：两亲性改性单分散介孔sio2微球能够被有机溶剂充分浸润，可直接配制维生素d3的乙醇饱和溶液；将两亲性改性单分散介孔sio2微球分散至维生素d3溶液中，置于真空烘箱中压力渗透，抽除介孔中的空气，同时使药物充分装载于孔隙之中并与载体充分吸附；将压力渗透后的料液过滤，洗涤、干燥，实现药物的装载。
[0069]
维生素d3装载于两亲性改性单分散介孔sio2微球后在乙醇中溶出(溶出曲线如图7所示)：由于两亲性改性单分散介孔sio2微球能够被乙醇充分浸润，药物具有良好的溶出速率，经过2hr药物溶出度超过90％。
[0070]
实施例8
[0071]
将水溶性维生素c装载于两亲性改性的单分散介孔sio2微球：两亲性改性单分散介孔sio2微球能够被水充分浸润，可直接配制维生素c的水饱和溶液；将两亲性改性单分散介孔sio2微球分散至维生素c溶液中，置于真空烘箱中压力渗透，抽除介孔中的空气，同时使药物充分装载于孔隙之中并与载体充分吸附；将压力渗透后的料液过滤，洗涤、干燥，实现药物的装载。
[0072]
维生素c装载于两亲性改性的单分散介孔sio2微球后在水中溶出(溶出曲线如图8所示)：由于两亲性改性单分散介孔sio2微球能够被水充分浸润，药物具有良好的溶出速率，经过2hr药物溶出度超过90％。