一种氧化铈/氧化铁/介孔硅纳米复合材料及其制备方法和应用与流程

本发明属于复合材料的制备领域，具体涉及一种氧化铈/氧化铁/介孔硅纳米复合材料及其制备方法和应用。

背景技术：

阿尔兹海默病(Alzheimer’s disease,AD)又称老年痴呆症，是大脑半球的语言、记忆和推理等智能处于受损状态而产生的一种神经退行性疾病，是老龄人口中发病率最高的疾病之一，严重危害人类健康。2005年的一次世界流行病学调查结果表明，目前全球已经有2430万阿尔兹海默病患者，每年新增病例460万(每7秒就有1例新患者)。并且这个数量每20年就会增加1倍，到2040年，总数可能达到8110万，大部分患者集中在发展中国家。据预测，我国的阿尔兹海默病患者数量从2001年到2040年将会增长3倍，届时中国的阿兹海默病患者将达到1500万，这将成为一个严重的社会问题。

自1906年发现首例阿尔兹海默病患者至今，已经过了一百多年。百余年中，虽然人类对阿尔兹海默病的发病过程及机制有了不断深入的了解，然而人类对阿尔兹海默病缺乏有效的治疗方法仍是一个不争的事实。目前关于其发病机制涉及诸多因素，有多种假说，这些学说部分地解释了AD的发病机制。针对AD发病机制的不同靶点，出现了品种较多的治疗AD药物。1.抗淀粉样β蛋白：以抑制Aβ产生为目标的β-，γ-切割酶抑制剂；以抑制Aβ聚集为目标的抗聚集药物(包括金属螯合剂)；以及以清除Aβ为目标的蛋白酶活性调控药物和免疫治疗。2.抗tau蛋白磷酸化：以抑制Tau蛋白转变成寡聚体和纤维丝的Tau聚集抑制剂；以抑制Tau蛋白磷酸化的磷酸激酶抑制剂。此外，研究发现活性氧自由基(ROS)也对AD的形成有一定的促进作用，因此抗氧化应激的药物也是AD的治疗靶点之一。

除了没有有效的治疗方法外，到目前为止，尚未找到对AD的临床诊断有特异性的标志。长期以来认为AD的确诊要靠病理诊断，且认为除了病理诊断，在生前做出正确诊断是不可能的，临床误诊可达到27～57％。如果能在精确诊断AD的同时给予多靶点的联合治疗必定能解决以上提到的问题，因此，构建诊疗一体化的制剂显得尤为重要。

随着纳米技术的快速发展为AD诊疗一体化带来了新的希望。通过优化材料构建稳定、高效和安全的纳米载体，利用纳米载体结合新型的AD治疗药物和高准确度的AD诊断探针，整合药物靶向运输、活体示踪、药物治疗和预后监测等功能于一体的多功能纳米体系将是未来的研究趋势。

技术实现要素：

本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种氧化铈/氧化铁/介孔硅纳米复合材料及其制备方法和应用。

本发明所提供的技术方案为：

一种氧化铈/氧化铁/介孔硅纳米复合材料，将配体转换的氧化铈纳米晶和配体转换的氧化铁纳米晶分别修饰于氨基修饰的介孔硅纳米粒子的表面。

上述技术方案中，所提供的上述氧化铈/氧化铁/介孔硅纳米复合材料能够携载AD治疗药物，清除类AD神经细胞中的ROS，并具有核磁共振成像造影剂的功能，实现AD的诊疗一体化。

首先，介孔硅纳米粒子具有极大的孔洞体积，能够携载AD治疗的药物，并在病变部位持续释放，达到治疗作用；其次，氧化铈纳米晶能够平衡类AD神经细胞内升高的活性氧自由基，进而减少活性氧自由基造成的氧化应激损伤；氧化铁纳米晶具有良好的核磁共振造影效果，使病变部位核磁信号增强，用于AD的诊断。

作为优选，所述配体转换是指利用2-溴代异丁酸进行配体转换。为了将氧化铈纳米晶和氧化铁纳米晶以稳定的共价键的形式接到介孔硅纳米粒子表面，先利用2-溴代异丁酸对氧化铈纳米晶进行配体转换，再对介孔硅纳米粒子表面进行氨基修饰，有利于两者之间的复合，最终使得三种材料复合后实现多功能一体。

作为优选，所述配体转换的氧化铈纳米晶的粒径为1～10nm；所述配体转换的氧化铁纳米晶的粒径为1～10nm；所述氨基修饰的介孔硅纳米粒子的粒径为5～500nm。上述的粒径范围，便于氧化铈纳米晶、氧化铁纳米晶均匀得修饰于介孔硅纳米粒子的表面，得到形貌与性能优异的复合材料。

本发明提供一种如上述的氧化铈/氧化铁/介孔硅纳米复合材料的制备方法，包括如下步骤：

1)将醋酸铈和油胺加入到二甲苯中反应，得到氧化铈纳米晶；利用2-溴代异丁酸进行配体转换，得到配体转换的氧化铈纳米晶；

2)将油酸铁、油酸、油醇加到十八烯中反应，得到氧化铁纳米晶；利用2-溴代异丁酸进行配体转换，得到配体转换的氧化铁纳米晶；

3)将十六烷基三甲基氯化铵和三乙醇胺溶于水，在90～100℃下反应0.5～5h，继续加入正硅酸乙酯和3-氨丙基三乙氧基硅烷反应0.5～5h，得到氨基修饰的介孔硅纳米粒子；

4)将配体转换的氧化铈纳米晶、配体转换的氧化铁纳米晶和氨基修饰的介孔硅纳米粒子加入到N-N二甲基甲酰胺中，在5～60℃下反应3～15h，得到氧化铈/氧化铁/介孔硅纳米复合材料。

采用上述制备方法，能够制备出氧化铈/氧化铁/介孔硅纳米复合材料，该复合材料既能携载AD治疗药物，又能清除类AD神经细胞中的ROS，并且能作为核磁共振成像造影剂，用于AD的诊断。因此，通过多种材料的复合，构建出针对AD的诊疗一体化制剂。

作为优选，所述步骤1)中醋酸铈与油胺的质量比为1:7～9。

作为优选，所述步骤1)中将醋酸铈水合物和油胺加入到二甲苯中，在85～95℃下反应3～6h，冷却、沉淀、洗涤，得到氧化铈纳米晶。

作为优选，所述步骤1)中配体转换是指：将得到的氧化铈纳米晶、2-溴代异丁酸和柠檬酸依次加入到氯仿和N-N二甲基甲酰胺的混合溶剂中搅拌2～30h。配体转换是为了将氧化铈纳米晶以稳定的共价键的形式接到介孔硅纳米粒子表面。进一步优选，所述步骤1)中2-溴代异丁酸与氧化铈纳米晶的质量比为20～60：1。

作为优选，所述步骤2)中油酸铁、油酸、油醇与十八烯的质量比为1：0.15～0.6：0.5～2：2.5～10。

作为优选，所述步骤2)中将油酸铁、油酸、油醇加到十八烯中，在200～300℃下反应30～60min，冷却、沉淀、洗涤，得到氧化铁纳米晶。

作为优选，所述步骤2)中配体转换是指：将得到的氧化铁纳米晶、2-溴代异丁酸和柠檬酸依次加入到氯仿和N-N二甲基甲酰胺的混合溶剂中搅拌2～30h。配体转换是为了将氧化铁纳米晶以稳定的共价键的形式接到介孔硅纳米粒子表面。进一步优选，所述步骤1)中2-溴代异丁酸与氧化铁纳米晶的质量比为20～60：1。

作为优选，所述步骤3)中十六烷基三甲基氯化铵、三乙醇胺、正硅酸乙酯与3-氨丙基三乙氧基硅烷的投料比为：1.5～2.5g：0.03～0.05g：1.4～1.6ml：0.14～0.16ml。

作为优选，所述步骤4)中配体转换的氧化铈纳米晶、配体转换的氧化铁纳米晶和氨基修饰的介孔硅纳米粒子的质量比为1～5：1～5：1～15。通过调控三者之间的质量比，控制配体转换的氧化铈纳米晶和配体转换的氧化铁纳米晶的含量，使得配体转换的氧化铈纳米晶和配体转换的氧化铁纳米晶易于修饰于氨基修饰的介孔硅纳米粒子表面，便于形貌的调控。

本发明还提供一种如上述的氧化铈/氧化铁/介孔硅纳米复合材料在用于制备抗阿尔兹海默症药物中的应用。所述氧化铈/氧化铁/介孔硅纳米复合材料能够携载AD治疗药物。

作为优选，所述的AD治疗药物为β-，γ-切割酶抑制剂、蛋白酶活性调控药物、免疫治疗药物、Tau聚集抑制剂、Tau过度磷酸化抑制剂中的一种或多种。

作为优选，所述抗阿尔兹海默症药物为以Tau蛋白为靶点的药物。氧化铈/氧化铁/介孔硅纳米复合材料携载以Tau蛋白为靶点的药物后，能够清除活性氧自由基，降低tau蛋白磷酸化，并抑制神经元死亡的作用。

同现有技术相比，本发明的有益效果体现在：

(1)本发明中的氧化铈/氧化铁/介孔硅纳米复合材料既能携载AD治疗药物，又能清除类AD细胞中的ROS，并且能作为核磁共振成像造影剂，用于AD的诊断。

(2)本发明所涉及的制备方法的反应体系温和，条件可控，所制备的材料均具有良好的生物相容性，具有良好的临床转化可能性。

附图说明

图1为实施例1中的配体转换的氧化铈纳米晶、配体转换的氧化铁纳米晶和氧化铈/氧化铁/介孔硅纳米复合材料的XRD图；

图2为实施例1中的配体转换的氧化铈纳米晶a和配体转换的氧化铁纳米晶b的TEM照片；

图3为实施例1中的氨基修饰的介孔硅纳米粒子的TEM照片；

图4为实施例1中的氧化铈/氧化铁/介孔硅纳米复合材料的TEM照片；

图5为应用例中含浓度不同的氧化铈/氧化铁/介孔硅/亚甲蓝纳米复合材料对SH-SY5Y细胞生物相容性的CCK-8细胞活性定量分析结果图；

图6为应用例中含浓度不同的氧化铈/氧化铁/介孔硅/亚甲蓝纳米复合材料抑制OA诱导的SH-SY5Y细胞死亡的CCK-8细胞活性定量分析结果图。

具体实施方式

下面结合具体实施例和说明书附图对本发明作进一步说明。

实施例1

(1)氧化铈纳米晶的合成和配体转换：将0.4g醋酸铈水合物和3.2g油胺加入到15ml二甲苯中，室温搅拌4小时，以2摄氏度每分钟的升温速度升至90摄氏度；将1ml去离子水注射到惰性气体保护反应体系中，老化三小时，丙酮沉淀，离心得到氧化铈纳米晶。

将合成得到的氧化铈纳米晶15mg、0.5g 2-溴代异丁酸和0.05g柠檬酸依次加入到7.5ml氯仿和7.5ml N,N-二甲基甲酰胺的混合溶剂中搅拌24小时即得。

对得到的配体转换的氧化铈纳米晶进行X射线衍射，如附图1所示；并且对配体转换的氧化铈纳米晶用透射电镜进行形貌表征，如附图2a所示。

(2)氧化铁纳米晶的合成和配体转换：将1.8g油酸铁，0.6g油酸，1.6g油醇加入到10g十八烯中。室温搅拌，以10摄氏度每分钟的升温速度升至280摄氏度。维持温度30分钟，冷却至室温，用丙酮沉淀，离心得到氧化铁纳米晶。

将合成得到的氧化铁纳米晶15mg、0.5g 2-溴代异丁酸和0.05g柠檬酸依次加入到7.5ml氯仿和7.5ml N,N-二甲基甲酰胺的混合溶剂中搅拌24小时即得。

对得到的配体转换的氧化铈纳米晶进行X射线衍射，如附图1所示；并且对配体转换的氧化铈纳米晶用透射电镜进行形貌表征，如附图2b所示。

(3)氨基修饰的介孔二氧化硅纳米粒子的合成：将2g十六烷基三甲基氯化铵和0.02g三乙醇胺加入到20ml去离子水中，搅拌升温至95摄氏度，加入正硅酸乙酯1.5ml和150μL 3-氨丙基三乙氧基硅烷搅拌反应1h。通过离心和1wt％氯化钠甲醇溶液洗去模板剂即可得到氨基修饰的介孔硅纳米粒子。

对制备得到的氨基修饰的介孔硅纳米粒子进行透射电子显微镜形貌表征，如图3所示。

(4)氧化铈/氧化铁/介孔硅纳米复合材料的合成：将2.5ml配体转换的浓度为3mg/ml氧化铈纳米晶的N,N-二甲基甲酰胺溶液，将5ml配体转换的浓度为3mg/ml氧化铈纳米晶的N,N-二甲基甲酰胺溶液和10ml的5mg/ml氨基修饰的介孔二氧化硅纳米粒子的N,N-二甲基甲酰胺溶液在30摄氏度反应12小时即可得到氧化铈/氧化铁/介孔硅纳米复合材料。

对得到氧化铈/氧化铁/介孔硅纳米复合材料进行透射电子显微镜分析，所得结果如附图4所示，氧化铈/氧化铁/介孔硅的纳米复合材料的直径为50～60nm。

实施例2

(1)氧化铈纳米晶的合成和配体转换：将0.4g醋酸铈水合物和3.6g油胺加入到15ml二甲苯中，室温搅拌6小时，以2摄氏度每分钟的升温速度升至95摄氏度；将1ml去离子水注射到惰性气体保护反应体系中，老化三小时，丙酮沉淀，离心得到氧化铈纳米晶。

将合成得到的氧化铈纳米晶10mg、0.5g 2-溴代异丁酸和0.05g柠檬酸依次加入到7.5ml氯仿和7.5ml N,N-二甲基甲酰胺的混合溶剂中搅拌12小时即得。

(2)氧化铁纳米晶的合成和配体转换：将2g油酸铁，1g油酸，2g油醇加入到10g十八烯中。室温搅拌，以10摄氏度每分钟的升温速度升至300摄氏度。维持温度40分钟，冷却至室温，用丙酮沉淀，离心得到氧化铁纳米晶。

将合成得到的氧化铁纳米晶10mg、0.5g 2-溴代异丁酸和0.05g柠檬酸依次加入到7.5ml氯仿和7.5ml N,N-二甲基甲酰胺的混合溶剂中搅拌12小时即得。

(3)氨基修饰的介孔硅纳米粒子的合成：将2.4g十六烷基三甲基氯化铵和0.05g三乙醇胺加入到20ml去离子水中，搅拌升温至95摄氏度，加入正硅酸乙酯1.4ml和160μL 3-氨丙基三乙氧基硅烷搅拌反应0.5小时。通过离心和1wt％氯化钠甲醇溶液洗去模板剂即可得到氨基修饰的介孔硅纳米粒子。

(4)氧化铈/氧化铁/介孔硅纳米复合材料的合成：将3ml配体转换的浓度为3mg/ml氧化铈纳米晶的N,N-二甲基甲酰胺溶液，将6ml配体转换的浓度为3mg/ml氧化铈纳米晶的N,N-二甲基甲酰胺溶液和12ml的5mg/ml氨基修饰的介孔二氧化硅纳米粒子的N,N-二甲基甲酰胺溶液在40摄氏度反应8小时即可得到氧化铈/氧化铁/介孔硅纳米复合材料。

实施例3

(1)氧化铈纳米晶的合成和配体转换：将0.4g醋酸铈水合物和2.8g油胺加入到15ml二甲苯中，室温搅拌3小时，以2摄氏度每分钟的升温速度升至85摄氏度；将1ml去离子水注射到惰性气体保护反应体系中，老化三小时，丙酮沉淀，离心得到氧化铈纳米晶。

将合成得到的氧化铈纳米晶20mg、0.5g 2-溴代异丁酸和0.05g柠檬酸依次加入到7.5ml氯仿和7.5ml N,N-二甲基甲酰胺的混合溶剂中搅拌4小时即得。

(2)氧化铁纳米晶的合成和配体转换：将2g油酸铁，1.2g油酸，2.5g油醇加入到10g十八烯中。室温搅拌，以10摄氏度每分钟的升温速度升至250摄氏度。维持温度30分钟，冷却至室温，用丙酮沉淀，离心得到氧化铁纳米晶。

将合成得到的氧化铁纳米晶20mg、0.5g 2-溴代异丁酸和0.05g柠檬酸依次加入到7.5ml氯仿和7.5ml N,N-二甲基甲酰胺的混合溶剂中搅拌4小时即得。

(3)氨基修饰的介孔硅纳米粒子的合成：将2g十六烷基三甲基氯化铵和0.04g三乙醇胺加入到20ml去离子水中，搅拌升温至95摄氏度，加入正硅酸乙酯1.4ml和160μL 3-氨丙基三乙氧基硅烷搅拌反应0.5小时。通过离心和1wt％氯化钠甲醇溶液洗去模板剂即可得到氨基修饰的介孔硅纳米粒子。

(4)氧化铈/氧化铁/介孔硅纳米复合材料的合成：将4ml配体转换的浓度为3mg/ml氧化铈纳米晶的N,N-二甲基甲酰胺溶液，将5ml配体转换的浓度为3mg/ml氧化铈纳米晶的N,N-二甲基甲酰胺溶液和10ml的5mg/ml氨基修饰的介孔二氧化硅纳米粒子的N,N-二甲基甲酰胺溶液在25摄氏度反应4小时即可得到氧化铈/氧化铁/介孔硅纳米复合材料。

应用例：氧化铈/氧化铁/介孔硅纳/亚甲蓝米复合材料应用于AD治疗

(1)体外生物相容性评价

不同浓度药物的制备：选用实施例1制备得到的氧化铈/氧化铁/介孔硅纳米复合材料50mg分散在10ml含300mg亚甲蓝(Tau蛋白聚集抑制剂)的水溶液中，室温搅拌24小时后离心、洗涤得到，其中亚甲蓝的载药量为0.36mg/mg。得到的产物用不同体积的灭菌PBS溶液重新分散得到不同浓度的药物。

选择人骨髓神经母细胞瘤细胞株(SH-SY5Y)考察不同浓度的氧化铈/氧化铁/介孔硅/亚甲蓝纳米复合材料的体外生物相容性。

CCK-8细胞活性定量分析结果如图5所示，control组表示只用细胞培养液进行孵育，不同药物浓度组细胞成活率均在90％以上，表明氧化铈/氧化铁/介孔硅/亚甲蓝纳米复合材料具有良好的体外生物相容性。

(2)抑制神经细胞死亡

不同浓度药物的制备：选用实施例1制备得到的氧化铈/氧化铁/介孔硅纳米复合材料50mg分散在10ml含300mg亚甲蓝(Tau蛋白聚集抑制剂)的水溶液中，室温搅拌24小时后离心、洗涤得到，其中亚甲蓝的载药量为0.36mg/mg。得到的产物用不同体积的灭菌PBS溶液重新分散得到不同浓度的药物。

细胞模型建立：将SH-SY5Y细胞预先和冈田酸(okadaic acid，OA)共同孵育12小时。

治疗组：OA预处理的细胞给予含浓度不同的氧化铈/氧化铁/介孔硅/亚甲蓝纳米复合材料的细胞培养液。

阳性对照组：OA预处理的细胞给予新鲜细胞培养液。

空白对照组：正常细胞给予新鲜的培养液。

24小时后，用CCK-8定量细胞活性，氧化铈/氧化铁/介孔硅/亚甲蓝纳米复合材料抑制OA诱导的神经细胞死亡的结果如图6所示，OA具有明显的促进神经细胞死亡的作用细胞活性仅为24％。给予氧化铈/氧化铁/介孔硅/亚甲蓝纳米复合材料后神经细胞死亡有所抑制，细胞活性超过70％，证明其具有抑制OA诱导的神经细胞死亡的作用。

以上所述实施例对本发明的技术方案和有益效果进行了详细说明，应理解的是以上所述仅为本发明的具体实施例，并不用于限制本发明，凡在本发明的原则范围内所做的任何修改，补充和等同替换等，均应包含在本发明的保护范围之内。