一种可降解小尺寸中空介孔二氧化硅纳米颗粒的制备方法

1.本发明属于纳米材料领域，具体涉及一种可降解小尺寸中空介孔二氧化硅纳米颗粒的制备方法。


背景技术：

2.中空介孔二氧化硅纳米颗粒(hmsn)材料因其具有内部大空腔与壳层介孔孔道、稳定的骨架结构和极高的比表面积，从而展现出优异的物质传输能力、多种组分高度分散封装、光反射性能，在医药、催化和光学等领域展现出广泛的潜在应用前景。
3.现有的hmsn材料制备技术不胜枚举，大致包括硬核模板法、液体界面组装法、界面重组与转换法等。其中，较为经典的是以刚性粒子(硬模板)为核构筑形成空心内腔，同时与介孔导向剂协同作用制得中空介孔氧化硅纳米颗粒的法，其利用ctab、正硅酸乙酯(teos)自组装对其外表面进行包覆，形成sio2@hmsn
‑
ctab核壳纳米颗粒，再依次通过na2co3溶液刻蚀除去硬核(sio2)、醇酸混合溶液萃取除去介孔结构导向剂ctab，可以制得内腔约为90nm、粒径约为150nm的hmsn。
4.虽然hmsn材料拥有种种优越的性能，但形貌尺寸一直是限制其性能稳定表达的重要因素。譬如，在抗癌药物载体的构建方面，载体的尺寸大小是影响其在肿瘤内部分散程度的首要因素。但是，现有技术能实现的百纳米级尺寸中空介孔二氧化硅载体并不能深入肿瘤内部，无法满足治疗需要。在催化和光学等领域，纳米材料的尺寸也是限制其反应速度与表征的重要影响因素之一。除此之外，模板剂难以除净限制了hmsn容量，本身结构稳定导致了其内部载物难以尽数释放，这些问题使得hmsn难以作为一种高效的物质传输载体。


技术实现要素：

5.本发明所要解决的技术问题是针对上述现有技术存在的不足而提供可降解小尺寸中空介孔二氧化硅纳米颗粒的制备方法，所得产物尺寸更小，介孔容量更大，更易降解等。
6.本发明为解决上述提出的问题所采用的技术方案为：
7.一种可降解小尺寸中空介孔二氧化硅纳米颗粒的制备方法，主要包括如下步骤：
8.步骤一，将模板剂十六烷基三甲基氯化铵(ctac)水溶液与三乙醇胺(tea)水溶液混合，调节ph至8.0～10.0，超声溶解分散后升温至90～98℃，加入正硅酸四乙酯(teos)并搅拌30～60min以形成硅核；
9.步骤二，将teos与双
‑
[3
‑
(三乙氧基硅)丙基]
‑
二硫化物(btds)均匀混合，逐滴滴加入步骤一所得溶液中，搅拌反应4～8h，得到含有模板剂与硅核的可降解小尺寸中空介孔二氧化硅纳米颗粒sio2@ds
‑
hmsn
‑
ctac；
[0010]
步骤三，将sio2@ds
‑
hmsn
‑
ctac分散在无水甲醇中，加入盐酸，并使其在75～80℃冷凝回流8～12h，重复三次以使ctac尽可能除净，得到含有硅核的可降解小尺寸中空介孔二氧化硅纳米颗粒sio2@ds
‑
hmsn纳米颗粒；
[0011]
步骤四，将sio2@ds
‑
hmsn纳米颗粒分散在去离子水中，加入无水碳酸钠(na2co3)，在50～60℃条件下反应8～12h除去硅核，得到可降解小尺寸中空介孔二氧化硅纳米颗粒ds
‑
hmsn。
[0012]
按上述方案，步骤一中，ctac水溶液的浓度为10～15mg/ml，tea溶液的浓度为0.3～0.8mg/ml；ctac和tea之间的质量比为20～25:1；ctac相对于teos的质量比为2.0～2.2:1。
[0013]
按上述方案，步骤二中，正硅酸四乙酯和双
‑
[3
‑
(三乙氧基硅)丙基]
‑
二硫化物的质量比为1.50～1.8:1；步骤二中的正硅酸四乙酯与步骤一中的正硅酸四乙酯的质量比是0.5～1:1。
[0014]
按上述方案，sio2@ds
‑
hmsn
‑
ctac的粒径在50
‑
70nm范围内。
[0015]
按上述方案，步骤三中，sio2@ds
‑
hmsn
‑
ctac在无水甲醇中的投加浓度为4～8mg/ml，无水甲醇与盐酸的体积比为8～12:1；其中盐酸浓度为37％。
[0016]
按上述方案，步骤四中，sio2@hmsn在去离子水中的投加浓度为2～4mg/ml；无水碳酸钠在去离子水中的投加浓度为10～15mg/ml。
[0017]
与现有技术相比，本发明改进了硬核模板法中的法，所制备的可降解小尺寸中空介孔二氧化硅纳米颗粒的尺寸从百纳米级降低到50～70nm；通过选取更易被萃取的模板剂，以保证hmsn材料的比表面积与介孔容量；并且，引入了双硫键，使得hmsn材料在还原性条件下表现出更优异的可控降解能力。
附图说明
[0018]
图1为实施例中的含有模板剂与硅核的可降解小尺寸中空介孔二氧化硅纳米颗粒sio2@ds
‑
hmsn
‑
ctac的tem图；
[0019]
图2为实施例中的含有硅核的可降解小尺寸中空介孔二氧化硅纳米颗粒sio2@ds
‑
hmsn的tem图；
[0020]
图3为实施例中的可降解小尺寸中空介孔二氧化硅纳米颗粒ds
‑
hmsn的tem图；
[0021]
图4为实施例中的可降解小尺寸中空介孔二氧化硅纳米颗粒ds
‑
hmsn的pcs粒径图；
[0022]
图5为实施例中的可降解小尺寸中空介孔二氧化硅纳米颗粒ds
‑
hmsn的表征硫元素的xps图；
[0023]
图6为实施例中的可降解小尺寸中空介孔二氧化硅纳米颗粒ds
‑
hmsn载药后，在还原性谷胱甘肽的作用下裂解释药的示意图。
具体实施方式
[0024]
为了更好地理解本发明，下面结合实施例进一步阐明本发明的内容，但本发明不仅仅局限于下面的实施例。
[0025]
实施例
[0026]
一种小尺寸中空介孔二氧化硅纳米颗粒的制备方法，具体包括如下步骤：
[0027]
(1)含有模板剂与硅核的可降解小尺寸中空介孔二氧化硅纳米颗粒sio2@ds
‑
hmsn
‑
ctac
[0028]
取ctac溶液(2gctac和200g去离子水200g混合而成，1wt％),tea溶液(0.08gtea和8g去离子水混合而成，1wt％)混合搅拌均匀，在95℃的条件下加入1ml teos，使其反应45min,然后加入混合硅源(1ml teos和0.6ml btds)使其反应6h，离心洗涤干燥制得sio2@ds
‑
hmsn
‑
ctac；
[0029]
(2)除模板
[0030]
取200mg制得的sio2@ds
‑
hmsn
‑
ctac，分散在50ml甲醇中，加入5ml 37％盐酸，在78℃的条件下冷凝回流12h，重复三次，经过离心洗涤干燥制得sio2@ds
‑
hmsn；
[0031]
(3)除核
[0032]
取200mg制得的sio2@hmsn分散于100ml去离子水中，加入1g na2co3,在50℃的条件下反应12h，离心洗涤干燥得到ds
‑
hmsn。
[0033]
将上述所得含有模板剂与硅核的可降解小尺寸中空介孔二氧化硅纳米颗粒sio2@ds
‑
hmsn
‑
ctac用去离子水稀释一定的倍数，用透射电镜观察其形态，如图1所示，sio2@ds
‑
hmsn
‑
ctac粒径约为50～60nm；图2为可降解小尺寸中空介孔二氧化硅纳米颗粒(ds
‑
hmsn)的tem图；由图3可知，sio2核已成功除去，通过图像观察可发现其中空的结构特点，可清晰区分球体内部的空腔与薄球壁。
[0034]
将上述所得可降解小尺寸中空介孔硅纳米颗粒(ds
‑
hmsn)用去离子水稀释一定的倍数，采用粒径与电位测试仪测试其尺寸大小，由图4可知，含有模板剂与硅核的可降解小尺寸中空介孔二氧化硅纳米颗粒sio2@ds
‑
hmsn
‑
ctac的粒径约为50～70nm。
[0035]
将上述所得可降解小尺寸中空介孔硅纳米颗粒(ds
‑
hmsn)用x射线光电子能谱分析，可表征其硫元素的存在。由图5结合合成过程中双
‑
[3
‑
(三乙氧基硅)丙基]
‑
二硫化物的使用可知，可降解小尺寸中空介孔硅纳米颗粒中的硫元素以双硫键的形式存在。
[0036]
将上述所得可降解小尺寸中空介孔硅纳米颗粒(ds
‑
hmsn)通过物理搅拌手段避光载入阿霉素(dox)载药后，用壳聚糖封堵孔道，在还原性谷胱甘肽的作用下裂解释药。由图6可知，在ph＝7.4的环境中，随着还原性谷胱甘肽(gsh)浓度的增加，相同时间内ds
‑
hmsn内的双硫键断裂，纳米颗粒降解程度不断提高，药物dox累计释放量也不断提高。可知，在还原性的理化环境中，ds
‑
hmsn表现出明显的可降解性。
[0037]
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明创造构思的前提下，还可以做出若干改进和变换，这些都属于本发明的保护范围。