专利名称：一种可控释放药物的纳米载体粒子及其制备方法
技术领域：
本发明涉及医药生物技术领域，具体涉及一种可控释放药物的纳米载体粒子及其制备方法。
背景技术：
如何提高癌症化学治疗过程的效果是当前亟待解决的难题，随着纳米材料制备技术的不断发展，基于纳米材料研制的纳米药物载体粒子正逐渐成为国内外研究者们关注的热点，同时以纳米材料研制的纳米药物载体粒子能够有效地提高靶向给药量、降低毒副作用，在疾病诊治领域具有重大的应用前景。 尽管现在很多的以纳米材料研制的纳米药物载体粒子都具有有效地提高靶向给药量、降低毒副作用的特性。如介孔二氧化硅，在构筑纳米药物载体粒子时以其多孔的特殊结构、药物吸附面积大、表面修饰方法简单、生物兼容性良好和可以装载大量药物分子成为理想的药物载体材料。然而，由于仅通过物理吸附的方式，在装载的药物进入病变组织细胞之前会产生严重的药物泄露，降低了肿瘤部位的给药量，同时严重的药物泄露对正常组织细胞造成伤害产生较大的毒副作用。因此研究药物可控释放及跟踪纳米载体粒子具有重要的应用意义，极大的方便对给药行为的研究。目前，研究药物的可控释放常见的解决方法是在纳米药物载体粒子中加入可控释放部件，控制手段包括温度、光照、PH值变化、酶作用和氧化还原作用等，这些控制手段需对纳米药物载体粒子进行较复杂的结构设计以实现可控释放的目的，而复杂的结构设计将大大降低纳米药物载体粒子制备过程的可重复性。另外，在跟踪纳米药物载体粒子方面，常采用一种既快速又简单的荧光技术进行光学示踪，然而此项荧光技术光谱较宽，容易与药物或组织自发荧光产生光谱重叠，从而影响对纳米药物载体粒子的精确示踪。因此，基于上述问题，本发明提供一种基于介孔二氧化硅的可控释放药物的纳米载体粒子及其制备方法。
发明内容
发明目的本发明的目的是提供一种可控释放药物的纳米载体粒子。本发明的另一目的在于提供制备上述可控释放药物的纳米载体粒子的方法。技术方案为了达到上述发明目的，本发明具体是这样来实现的一种可控释放药物的纳米载体粒子，具有三层核壳结构，包括外层介孔二氧化娃、中间层二氧化娃壳层、内层金纳米棒；所述外层介孔二氧化硅装载有药物；所述中间层二氧化硅壳层包裹拉曼分子；所述内层金纳米棒标记有拉曼分子；其中药物通过含有二硫键的分子直接以共价键的方式连接在介孔二氧化硅上，在细胞内谷胱甘肽作用下二硫键被切断，释放出药物分子。制备上述可控释放药物的纳米载体粒子的方法，包括以下步骤
I)制备金纳米棒水溶液。2)制备拉曼分子标记的金纳米棒水溶液。
3)在2)得到的拉曼分子标记的金纳米棒表面包裹一层薄的二氧化硅，形成二氧化娃包裹的金纳米棒粒子。4)在3)得到的二氧化硅包裹的金纳米棒粒子上生长介孔二氧化硅，形成介孔二氧化娃包裹的金纳米棒粒子。5)在4)所得的介孔二氧化硅包裹的金纳米棒粒子上通过含二硫键的分子连接药物分子，即得到具备可控释放特性、SERS可示踪的纳米药物载体粒子。所述I)中采用种子生长法制备金纳米棒水溶液。所述2)中的拉曼标记分子通过化学键吸附到金纳米棒表面，拉曼标记分子具有较大的拉曼散射截面。 所述3)中采用改进的St0ber法包裹二氧化硅层。所述4)中通过共沉淀的方法生长出嵌有氨基的介孔二氧化硅壳层；
所述5)中选用含有二硫键的3，3’ 二硫代二丙酸分子将药物与介孔硅相连。有益效果与现有技术相比，本发明提供的一种可控释放药物的纳米载体粒子及其制备方法的优点是与传统的球形金颗粒相比，利用金纳米棒作SERS基底，能产生更强的SERS光谱信号，同时在纳米药物载体粒子中集成SERS信号与传统荧光示踪方式相比，集成的SERS信号使跟踪纳米药物载体粒子更加精准。将药物分子与介孔二氧化硅以化学键的形式连接，能更好的解决药物提前泄露的问题，从而减少药物的毒副作用，同时利用谷胱甘肽来控制药物的释放，能够取得良好的可控释放效果。
图1为纳米药物载体粒子的结构示意 图2为SERS信号标记的纳米药物载体粒子的SERS信号光谱示意 图3为谷胱甘肽触发纳米药物载体粒子释放药物的吸收光谱示意 图4为细胞中荧光光谱信号与SERS光谱信号强度变化趋势示意图。
具体实施例方式下面结合具体实施例对本发明所述提供的一种可控释放药物的纳米载体粒子及其制备方法做详细说明
实施例1
图1所示的是可控释放药物的纳米载体粒子具有三层核壳结构，包括外层介孔二氧化硅、中间层二氧化硅壳层、内层金纳米棒；所述介孔二氧化硅为装载了药物的；所述二氧化硅壳层包裹拉曼分子；所述金纳米棒为标记了拉曼分子的；其中药物通过含有二硫键的分子直接以共价键的方式连接在介孔二氧化硅上，在细胞内谷胱甘肽的作用下二硫键被切断，释放出药物分子。以5，5- 二硫代双(2-硝基苯甲酸)(DTNB)分子为SERS标记物，以3，3’ 二硫代二丙酸(DTPA)提供二硫键分子，以多柔比星(DOX)为药物分子制备纳米药物载体粒子，用谷胱甘肽溶液触发其释放药物，包括以下步骤；
I)制备金纳米棒溶液。首先制备金种子，室温下将2. 5mL O. 2M十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)溶液与1. 5mL1. OmM四氯金酸溶液混合，剧烈搅拌并加入O. 6mL O. OlM冰镇的硼氢化钠溶液，2分钟后停止搅拌即得棕黄色的种子溶液。然后配制生长溶液，室温下在50mLO. 2M CTAB溶液中依次加入如下试剂2 4mL 4mM硝酸银溶液，5mL 15mM四氯金酸溶液，45mL去离子水，缓慢搅拌均匀。再加入1.5mL 3mL O. 08M抗坏血酸至溶液变为无色。最后加入ImL种子溶液,静置l(T20min即得金纳米棒溶液。所得金纳米棒尺寸约15nmX45nm。2 )将金纳米棒表面连接DTNB分子。取5mL金纳米棒溶液以10000 rpm, 30分钟离心一次去除过量的反应物。将离心沉淀分散至5mL去离子水中，加入1(Γ50 μ L IOmM DTNB乙醇溶液，剧烈搅拌3h以上。3)将连接了 DTNB分子的金纳米棒表面包裹二氧化硅，制备二氧化硅包裹的金纳米棒粒子。采用改进的StSber法包裹,将2)中溶液以8000 rpm, 30分钟离心一次,沉淀分散至广2mL 10mg/mL聚(丙烯胺盐酸盐)(PAH ，分子量15000)水溶液中，缓慢搅拌Ih后以8000 rpm, 30分钟离心一次,沉淀分散至5mL去离子水中。然后加入]^2mL 25mg/mL聚乙烯吡咯烷酮(PVP，分子量8000)水溶液，缓慢过夜搅拌后以8000 rpm, 30min离心一次，沉淀分散至5mL无水乙醇中。再加入300 500 μ L 25%的氨水，15 30 μ L正硅酸四乙酯(TEOS)溶液搅拌6h以上即得二氧化硅包裹的金纳米棒粒子，离心清洗并收集反应液中的二氧化硅包裹的金纳米棒粒子。最后将二氧化硅包裹的金纳米棒粒子分散在1. 875 mL去离子水中。4)将二氧化硅包裹的金纳米棒粒子表面通过共沉淀的方法继续包裹嵌有氨基的介孔二氧化硅。将3)中的1. 875 mL二氧化硅包裹的金纳米粒子分散至3. 125 mL含有3(Γ50mg CTAB的酒精溶液中，搅拌30 40 min后加入30 60 μ L 25%的氨水，6 8 μ L TE0S，2 4UL 3氨丙基三甲氧基硅烷(APTMS)并搅拌6 h以上。然后离心并用酒精反复清洗以收集反应液中的介孔二氧化硅包裹的金纳米棒粒子。最后将介孔二氧化硅包裹的金纳米棒粒子分散在2 mL去离子水中。5)在介孔二氧化硅包裹的金纳米棒粒子中装载药物。将25 50 mg DTPA加入到10 mL含有200 400 mg1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺(EDC)，100 200 mg N-羟基琥珀酰亚胺(NHS)的磷酸盐(PBS)缓冲液中。然后搅拌3(T40 min后加入4)中获得的2mL介孔二氧化硅包裹的金纳米棒粒子。将混合溶液过夜搅拌之后离心收集其中的纳米粒子，沉淀分散至2 mL去离子水中，再加入100 200 μ L 10mg/mL的DOX水溶液，搅拌24 h以上。将过量的DOX通过透析2 3天去除，最后离心并收集装载了 DOX的纳米粒子，将装载了 DOX的纳米粒子沉淀分散至2 mL去离子水中即获得纳米药物载体粒子。6)将5)中获得的2 mL纳米药物载体粒子分为两份，分别装入透析袋中。一份浸没在含有谷胱甘肽的水溶液中；一份浸没在去离子水溶液中。等待12 h之后测试透析液的吸收。图2所示的是该实施例中制备出的纳米药物载体粒子SERS信号光谱图，该纳米药物载体粒子的SERS信号强，容易实现通过SERS信号对纳米药物载体粒子进行精确示踪。图3所示的是步骤6)中所获透析液中谷胱甘肽触发纳米药物载体粒子释放药物的吸收光谱，通过对比可发现有谷胱甘肽存在时，透析液中药物DOX的吸收十分明显；而没有谷胱甘肽时，透析液中几乎没有药物DOX的吸收。因此，该纳米药物载体粒子能实现谷胱甘肽控制的药物释放。实施例2以5，5- 二硫代双(2-硝基苯甲酸)(DTNB)分子为SERS标记物，以3，3’ 二硫代二丙酸(DTPA)提供二硫键分子，以多柔比星(DOX)为药物分子制备纳米药物载体粒子，以人子宫颈癌细胞(HeLa细胞)为模型来实现细胞内可控药物的释放，包括以下步骤；
O制备金纳米棒溶液，首先制备金种子，室温下将2. 5mL O. 2M十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)溶液与1. 5mL1. OmM四氯金酸溶液混合，剧烈搅拌并加入O. 6mL O. OlM冰镇的硼氢化钠溶液，2分钟后停止搅拌即得棕黄色的种子溶液，然后配制生长溶液，室温下在50mLO. 2M CTAB溶液中依次加入如下试剂2 4mL 4mM硝酸银溶液，5mL 15mM四氯金酸溶液，45mL去离子水，缓慢搅拌均匀，再加入1. 5mL^3mL O. 08M抗坏血酸至溶液变为无色，最后加入ImL种子溶液,静置l(T20min即得金纳米棒溶液。所得金纳米棒尺寸约15nmX45nm。2)将金纳米棒表面连接DTNB分子，取5mL金纳米棒溶液以10000 rpm, 30分钟离心一次去除过量的反应物,然后将离心沉淀分散至5mL去离子水 中，加入10^50 μ L IOmMDTNB乙醇溶液，剧烈搅拌3h以上。3)将连接了 DTNB分子的金纳米棒表面包裹二氧化硅，制备二氧化硅包裹的金纳米棒粒子，采用改进的StSber法包裹,将2)中溶液以8000 rpm, 30分钟离心一次,沉淀分散至广2mL 10mg/mL聚(丙烯胺盐酸盐)(PAH，分子量15000)水溶液中，缓慢搅拌Ih后以8000 rpm, 30分钟离心一次,沉淀分散至5mL去离子水中，再加入l 2mL 25mg/mL聚乙烯批咯烷酮(PVP，分子量8000)水溶液，缓慢过夜搅拌后以8000 rpm, 30min离心一次，沉淀分散至5mL无水乙醇中。然后加入300 500 μ L 25%的氨水，15 30 μ L正硅酸四乙酯(TEOS)溶液搅拌6h以上即得二氧化硅包裹的金纳米棒粒子，离心清洗并收集反应液中的二氧化娃包裹的金纳米棒粒子，最后将介孔二氧化娃包裹的金纳米棒粒子分散在1. 875 mL去离子水中。4)将二氧化硅包裹的金纳米棒粒子表面通过共沉淀的方法继续包裹嵌有氨基的介孔二氧化硅，将3)中的1. 875 mL二氧化硅包裹的金纳米粒子分散至3. 125 mL含有3(Γ50mg CTAB的水溶液中，搅拌30 40 min后加入30 60 μ L 25%的氨水，6 8 μ L TE0S，2 4UL 3氨丙基三甲氧基硅烷(APTMS)并搅拌6 h以上，然后离心并用酒精反复清洗以收集反应液中的介孔二氧化硅包裹的金纳米棒粒子，最后将介孔二氧化硅包裹的金纳米棒粒子分散在2 mL去离子水中。5)在介孔二氧化硅包裹的金纳米棒粒子中装载药物，将25 50 mg DTPA加入到10mL含有200 400 mg1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺(EDC)，100 200 mg N-羟基琥珀酰亚胺(NHS)的磷酸盐(PBS)缓冲液中，然后搅拌3(T40 min后加入4)中获得的2 mL介孔二氧化硅包裹的金纳米棒粒子，将混合溶液过夜搅拌之后离心收集其中的介孔二氧化硅包裹的金纳米棒粒子，沉淀分散至2 mL去离子水中，再加入100 200 μ L 10mg/mL的DOX水溶液，搅拌24 h以上，将过量的DOX通过透析2 3天去除，最后离心并收集装载了 DOX的纳米粒子，将装载了 DOX的纳米粒子沉淀分散至2 mL去离子水中即获得纳米药物载体粒子。6)将HeLa细胞培养在细胞培养皿中，加入5)中获得的纳米药物载体粒子(体积比为载体粒子细胞培养液=1:5)，根据培养时间的长短测试HeLa细胞中的荧光信号及SERS信号，其中荧光信号源自DOX分子，以488 nm激发；SERS信号源自纳米药物载体粒子，以633nm激发。图4所示的是测试的HeLa细胞中的荧光信号与SERS信号强度变化趋势曲线，通过对比可发现随着时间增加，SERS信号逐渐稳定，表明HeLa细胞吞入的纳米药物载体粒子数量趋于饱和，而荧光信号强度不断增加，表明被HeLa细胞吞入的纳米药物载体粒子在细胞内谷胱甘肽的作用下逐渐释放出数量更多的药物分子。以上所述仅是本 发明的优选实施方式，不能理解为对本发明保护范围的限制，对于本技术领域的人员而言对根据上述发明内容对本发明作出的改进和润饰，均属于本发明的保护范围。
权利要求
1.一种可控释放药物的纳米载体粒子，具有三层核壳结构，其特征在于包括外层介孔二氧化硅、中间层二氧化硅壳层、内层金纳米棒。
2.根据权利要求书I所述的可控释放药物的纳米载体粒子，其特征在于所述外层介孔二氧化硅装载有药物。
3.根据权利要求书I所述的可控释放药物的纳米载体粒子，其特征在于所述中间层二氧化娃壳层包裹拉曼分子。
4.根据权利要求书I所述的可控释放药物的纳米载体粒子，其特征在于所述内层金纳米棒标记有拉曼分子。
5.如权利要求1所述的一种可控释放药物的纳米载体粒子的制备方法，其特征在于，包括以下步骤 ·1)制备金纳米棒水溶液； ·2)制备拉曼分子标记的金纳米棒水溶液； · 3)在2)中得到的拉曼分子标记的金纳米棒表面包裹一薄层二氧化硅，形成二氧化硅包裹的金纳米棒粒子； ·4)在3)中得到的二氧化硅包裹的金纳米棒粒子上继续包裹一层嵌有氨基的介孔二氧化硅，形成介孔二氧化硅包裹的金纳米棒粒子； ·5)在步骤4)中得到的介孔二氧化硅包裹的金纳米棒粒子上，通过含有二硫键的3，3’二硫代二丙酸连接药物分子。
6.根据权利要求5所述的可控释放药物的纳米载体粒子的制备方法，其特征在于 所述步骤I)中制备的金纳米棒水溶液，采用种子生长法制备所得，首先将2. 5mL 0. 2M十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)溶液与1. 5mL1. OmM四氯金酸溶液混合，加入0. 6mL 0. OlM冰镇的硼氢化钠溶液剧烈搅拌2分钟后停止，即制成棕黄色的种子溶液，然后配制生长溶液，在50mL 0. 2M CTAB溶液中分别依次加入以下试剂2 4mL 4mM硝酸银溶液，5mL 15mM四氯金酸溶液，45mL去离子水，缓慢搅拌均匀，再加入1. 5mL^3mL 0. 08M抗坏血酸至溶液变为无色，最后加入ImL种子溶液，静置IOlOmin得到金纳米棒溶液； 所述步骤2)中SERS标记物为易于通过化学键吸附到金纳米棒表面的拉曼标记物，该SERS标记物具有较大的拉曼散射截面，首先取5mL金纳米棒溶液以10000 rpm, 30分钟离心一次去除过量的反应物,然后将离心沉淀分散至5mL去离子水中，加入10^50 u L IOmMDTNB乙醇溶液，剧烈搅拌3h以上； 所述步骤3)中二氧化硅层通过改进的St5ber法生长，首先将步骤二中制成的溶液以·8000 rpm, 30分钟离心一次,沉淀分散至l 2mL lOmg/mL聚(丙烯胺盐酸盐)(PAH,分子量·15000)水溶液中，缓慢搅拌Ih后以8000 rpm，30分钟离心一次，沉淀分散至5mL去离子水中，然后加入l 2mL 25mg/mL聚乙烯吡咯烷酮(PVP，分子量8000)水溶液，缓慢过夜搅拌后以8000 rpm,30min离心一次,沉淀分散至5mL无水乙醇中，再加入300 500 u L 25%的氨水，15 30 UL正硅酸四乙酯(TEOS)溶液搅拌6h以上即制成二氧化硅包裹的金纳米棒粒子，离心清洗并收集反应液中的纳米粒子，最后将该纳米粒子分散在1.875 mL去离子水中； 所述步骤4)中嵌有氨基的介孔二氧化硅通过共沉淀的方法获得，首先将步骤三中的·1.875 mL二氧化硅包裹的金纳米粒子分散至3. 125 mL含有30飞0 mg CTAB的酒精溶液中，搅拌30 40 min后加入30 60 u L 25%的氨水，6 8 u L TE0S，2 4 u L 3氨丙基三甲氧基硅烷(APTMS)并搅拌6 h以上，然后离心并用酒精反复清洗以收集反应液中的粒子，即制成分散在2 mL去离子水中的介孔二氧化硅包裹的金纳米棒粒子； 所述步骤5)中药物通过含有二硫键的3，3’ 二硫代二丙酸直接连接在介孔二氧化硅上，首先将25 50 mg DTPA加入到10 mL含有200 400 mg1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺(EDC)，100^200 mg N-羟基琥珀酰亚胺(NHS)的磷酸盐(PBS)缓冲液中，然后搅拌3(T40 min后加入步骤四中获得的分散在2 mL去离子水中的介孔二氧化硅包裹的金纳米棒粒子，再将混合溶液过夜搅拌之后离心收集其中的纳米粒子，最后加入10(T200 u L IOmg/mL的DOX水溶液，搅拌24 h以上，过量的DOX通过透析2 3天去除，离心并收集装载了 DOX的纳米粒子，将装载了 DOX的纳米粒子沉淀分散至2 mL去离子水中即获得纳米药物载体粒子。
7.根据权利要求书5所述的可控释放药物的纳米载体粒子的制备方法，其特征在于所述药物通过含有二硫键的分子直接以共价键的方式连接在介孔二氧化硅上，在细胞内谷胱甘肽作用下含有二硫键的3，3’ 二硫代二丙酸分子键被切断，释放出药物分子。
全文摘要
本发明公开了一种可控释放药物的纳米载体粒子，具有三层核壳结构，包括外层介孔二氧化硅、中间层二氧化硅壳层、内层金纳米棒；所述介孔二氧化硅为装载了药物的；所述二氧化硅壳层包裹拉曼分子；所述金纳米棒为标记了拉曼分子的；其中药物通过含有二硫键的分子以共价键的方式连接在介孔二氧化硅上，在细胞内谷胱甘肽作用下二硫键被切断，从而释放出药物分子。本发明还公开了上述可控释放药物的纳米载体粒子的制备方法。该纳米药物载体粒子及制备方法，能有效避免药物提前泄露降低了药物的毒副作用，同时纳米药物载体粒子中集成SERS信号，实现了对纳米药物载体粒子的精确光学示踪，极大的方便对给药行为的研究，能够有效提高癌症化疗的效率。
文档编号A61K9/14GK103007290SQ201210537128
公开日2013年4月3日 申请日期2012年12月13日 优先权日2012年12月13日
发明者王著元, 崔一平, 宗慎飞 申请人:东南大学