一种生物可降解介孔纳米磁性材料及其制备方法与流程

本发明属于生物材料制备领域，具体涉及一种生物可降解介孔纳米磁性材料及其制备方法。

背景技术：

传统治疗癌症的方法是放射疗法(放疗)和化学疗法(化疗)，其最大的难点在于杀死肿瘤细胞的同时难以确保正常细胞、组织的再生和功能，治疗上没有特异性。上世纪七十年代，widder等人提出磁控靶向药物传递系统概念，目前磁性纳米粒子抗癌治疗已经成为国内外抗癌药物靶向控释系统研究的一个重点方向。针对磁性药物靶向治疗，现已开发了磁性白蛋白、磁性脂质体、磁性医用高分子材料等多种载体材料，微米级磁性靶向治疗载体易引起血栓样血管栓塞，减小载体尺寸至纳米尺度时，粒子比表面积增大，携带的药物增加，在外磁场作用下可克服血液粘度快速移动和分离，更易提高药物疗效。纳米磁性粒子用于肿瘤治疗容易在癌、肿瘤部位富集，在外磁场作用下，易在肿瘤组织中引起栓塞，阻断肿瘤组织的血液供应，最终导致肿瘤细胞死亡，在交变磁场中，磁滞引起的局部温度过高也可以杀死肿瘤组织，可通过静脉、动脉导管、口服或注射等途径给药。

目前介孔纳米磁性材料在药物靶向传输方面主要采用壳层结构，将磁性材料包裹在核心位置，壳层介孔材料多采用纳米二氧化硅为基材。中国专利cn101625919a采用溶胶凝胶结合水热法得到了二氧化硅骨架和介孔孔道中均含有纳米磁性材料的纳米介孔磁性材料，制备方法采用水热方法，制备条件要求高，过程不可控，且溶胶凝胶产物为纳米尺寸，固液不易分离，主要载体纳米二氧化硅在体内不可生物降解，会随血液到处游走，富集于人体正常组织，存在生物安全性问题。

技术实现要素：

本发明针对现有技术中的不足，提供一种生物可降解介孔纳米磁性材料及其制备方法。本发明方法合成的介孔纳米磁性材料可作为磁性靶向材料，用于肿瘤、癌症组织的定向杀灭，且具有生物可降解性，可在生物体内逐渐降解排出，避免了纳米粒子在生物体内的积累富集。

本发明的一个目的是提供一种材料，所述材料包括磁性纳米晶体和无机纳米晶体；所述磁性纳米晶体的化学组成成分包括金属氧化物；所述无机纳米晶体的化学组成包括具生物相容性和/或生物可降解性的物质；所述材料还包括介孔结构。

具体的，所述材料还包括下述1)-8)所述中的至少一种：

1)所述材料的粒子的平均粒径为20nm-800nm；具体的，所述材料的粒子的平均粒径为800nm、20nm、50nm、650nm或350nm；

2)所述材料的比表面积包括80-120m²/g；具体的，所述材料的比表面积为80m²/g、120m²/g、115m²/g、90m²/g或95m²/g；

3)所述材料中，所述磁性纳米晶体的质量百分含量为20％-30％；具体的，所述磁性纳米晶体的质量百分含量为20％、30％或25％；

4)所述材料中，所述无机纳米晶体的质量百分含量为70％-80％；具体的，所述无机纳米晶体的质量百分含量为80％、70％或75％；

5)所述材料还包括抗肿瘤药物；具体的，所述抗肿瘤药物包括阿霉素和/或紫杉醇；和/或，所述材料中，所述抗肿瘤药物的质量百分含量为0-10wt％；

6)所述无机纳米晶体的化学组成包括磷元素、钙元素和/或碳酸根离子；具体的，所述无机纳米晶体的化学组成包括磷酸三钙和/或碳酸钙；

7)所述磁性纳米晶体的化学组成成分包括四氧化三铁、四氧化三钴和/或三氧化二镍；

8)所述材料的化学组成包括fe3o4ca4(po4)2co3、co3o4ca4(po4)2co3、ni2o3ca4(po4)2co3和/或fe3o4ca5(po4)3co3。

再具体的，所述材料的制备方法包括：将钙盐、磷酸盐和/或碳酸盐溶解在酸性水溶液中，添加金属盐反应后，用碱液调节ph值在9.0以上继续反应，过滤取固态物质煅烧后，置于ph为4.5-7.4的缓冲液中搅拌、洗涤、烘干后即得；具体的，用碱液调节调节ph值在9.0、10.0、11.0和/或9.5。

还具体的，所述材料的制备方法还包括下述1)-21)所述中的至少一种：

1)所述钙盐包括氯化钙、硝酸钙和/或磷酸钙；

2)所述磷酸盐包括磷酸、磷酸一氢钠、磷酸二氢钠、磷酸一氢钾、磷酸氢二钾和/或磷酸二氢钾；

3)所述碳酸盐包括碳酸钠和/或碳酸氢钠；

4)所述酸性水溶液包括ph为1-5的酸性水溶液；具体的，所述酸性水溶液包括ph为1.0、4.2、3.2和/或5的酸性水溶液；

5)所述酸性水溶液包括盐酸、硝酸和/或磷酸的水溶液；

6)所述金属盐包括氯化铁、硝酸铁、氯化钴、硝酸钴、氯化镍和/或硝酸镍；

7)所述碱液包括氢氧化钠、氢氧化钾和/或氨水；

8)所述缓冲液包括柠檬酸-氢氧化钠缓冲液；

9)所述煅烧包括在氧化性气氛中煅烧；具体的，包括在空气或o2气氛中煅烧；

10)所述煅烧包括600-1200℃煅烧；具体的，所述煅烧包括800-1000℃煅烧；再具体为800℃或1000℃；

11)所述煅烧包括煅烧2-12h；具体的，所述煅烧为煅烧12h、2h、6h或7h；

12)添加金属盐前，还包括0℃-100℃恒温搅拌；具体的，添加金属盐前，还包括0℃、25℃和/或100℃恒温搅拌

13)添加金属盐后，还包括继续搅拌10s-120h；具体搅拌30min；

14)所述继续反应包括继续反应2min-36h；具体的，继续反应2min、36h、2h、和/或13h；

15)所述继续反应包括搅拌；具体的，所述搅拌包括高速搅拌；所述高速搅拌为搅拌速度1200转/min以上；

16)所述过滤后还包括将过滤所得固态物质用去离子水和/或乙醇洗涤后50-60℃烘干；具体的，所述洗涤为用去离子水洗涤2次，乙醇洗涤2次；和/或具体的，所述烘干包括50℃烘干；

17)所述搅拌包括搅拌30min-24h；具体的，所述搅拌包括搅拌30min或6h；和/或所述搅拌包括25℃恒温搅拌；

18)所述洗涤包括用去离子水和/或乙醇洗涤；具体的，所述洗涤为用去离子水洗涤2次，乙醇洗涤2次；

19)所述烘干包括50-60℃烘干；具体的，所述烘干包括50℃烘干；

20)所述钙盐中的钙和金属盐中的金属的摩尔比包括3:1-4:1；

21)所述材料的化学组成包括fe3o4ca4(po4)2co3、co3o4ca4(po4)2co3、ni2o3ca4(po4)2co3和/或fe3o4ca5(po4)3co3。

本发明的另一个目的是提供一种材料的制备方法，所述制备方法包括：将钙盐、磷酸盐和/或碳酸盐溶解在酸性水溶液中，添加金属盐反应后，用碱液调节ph值在9.0以上继续反应，过滤取固态物质煅烧后，置于ph为4.5-7.4的缓冲液中搅拌、洗涤、烘干后即得；具体的，用碱液调节调节ph值在9.0、10.0、11.0和/或9.5。

具体的，所述制备方法还包括下述1)-24)所述中的至少一种：

1)所述钙盐包括氯化钙、硝酸钙和/或磷酸钙；

2)所述磷酸盐包括磷酸、磷酸一氢钠、磷酸二氢钠、磷酸一氢钾、磷酸氢二钾和/或磷酸二氢钾；

3)所述碳酸盐包括碳酸钠和/或碳酸氢钠；

4)所述酸性水溶液包括ph为1-5的酸性水溶液；具体的，所述酸性水溶液包括ph为1.0、4.2、3.2和/或5的酸性水溶液；

5)所述酸性水溶液包括盐酸、硝酸和/或磷酸的水溶液；

6)所述金属盐包括氯化铁、硝酸铁、氯化钴、硝酸钴、氯化镍和/或硝酸镍；

7)所述碱液包括氢氧化钠、氢氧化钾和/或氨水；

8)所述缓冲液包括柠檬酸-氢氧化钠缓冲液；

9)所述煅烧包括在氧化性气氛中煅烧；具体的，包括在空气或o2气氛中煅烧；

10)所述煅烧包括600-1200℃煅烧；具体的，所述煅烧包括800-1000℃煅烧；再具体为800℃或1000℃；

11)所述煅烧包括煅烧2-12h；具体的，所述煅烧为煅烧12h、2h、6h或7h；

12)添加金属盐前，还包括0℃-100℃下恒温搅拌；具体的，添加金属盐前，还包括0℃、25℃和/或100℃恒温搅拌

13)添加金属盐后，还包括继续搅拌10s-120h；具体搅拌30min；

14)所述继续反应包括继续反应2min-36h；具体的，继续反应2min、36h、2h、和/或13h；

15)所述继续反应包括搅拌；具体的，所述搅拌包括高速搅拌；所述高速搅拌为搅拌速度1200转/min以上；

16)所述过滤后还包括将过滤所得固态物质用去离子水和/或乙醇洗涤后50-60℃烘干；具体的，所述洗涤为用去离子水洗涤2次，乙醇洗涤2次；和/或具体的，所述烘干包括50℃烘干；

17)所述搅拌包括搅拌30min-24h；具体的，所述搅拌包括搅拌30min或6h；和/或所述搅拌包括25℃恒温搅拌；

18)所述洗涤包括用去离子水和/或乙醇洗涤；具体的，所述洗涤为用去离子水洗涤2次，乙醇洗涤2次；

19)所述烘干包括50-60℃烘干；具体的，所述烘干包括50℃烘干；

20)所述钙盐中的钙和金属盐中的金属的摩尔比包括3:1-4:1；

21)所述材料的化学组成包括fe3o4ca4(po4)2co3、co3o4ca4(po4)2co3、ni2o3ca4(po4)2co3和/或fe3o4ca5(po4)3co3；

22)所述材料还包括介孔结构；

23)所述材料的粒子的平均粒径为20nm-800nm；具体的，所述材料的粒子的平均粒径为800nm、20nm、50nm、650nm或350nm；

24)所述材料的比表面积包括80-120m²/g；具体的，所述材料的比表面积为80m²/g、120m²/g、115m²/g、90m²/g或95m²/g。

本发明的再一个目的是提供本发明任一所述方法直接制备得到的材料。

本发明的再一个目的是提供本发明任一所述材料的应用。

具体的，所述应用包括下述1)-2)所述中的至少一种：

1)作为药物载体或用于制备具药物载体功能的产品；

2)用于制备抗肿瘤药物或抗肿瘤相关产品。

本发明的再一个目的是提供本发明任一所述方法的应用。

具体的，所述应用包括下述1)-2)所述中的至少一种：

1)用于制备药物载体或用于制备具药物载体功能的产品；

2)用于制备抗肿瘤药物或抗肿瘤相关产品。

本发明的优点和有益效果是：

本发明提供的生物可降解介孔纳米磁性材料具有较强的亲水性，与肿瘤细胞表面蛋白可表现出优异的表面亲和性。因此，在靶向输入该介孔纳米磁性粒子后，可高效的吸附到肿瘤细胞的表面并产生富集，阻断肿瘤细胞的营养输入从而杀死肿瘤细胞。

本发明提供的生物可降解介孔纳米磁性材料的制备工艺简单，对实验设备要求不高，成本低，通过纳米晶体间分割和氢离子蚀刻，就可以实现磁性粒子的纳米尺寸和介孔孔道的形成，从而实现该纳米磁性粒子的磁性和药物负载，可广泛用于靶向药物传输、生物磁分离等领域。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本申请的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：

图1为实施例1制备的生物可降解介孔纳米磁性材料fe3o4ca4(po4)2co3的的扫描电子显微镜结果图。

图2为实施例1制备的生物可降解介孔纳米磁性材料fe3o4ca4(po4)2co3的生物降解曲线图。

图3为实施例2制备的生物可降解介孔纳米磁性材料co3o4ca4(po4)2co3的xrd晶体结构及成分鉴定结果图。

图4为实施例2制备的生物可降解介孔纳米磁性材料co3o4ca4(po4)2co3的癌细胞杀伤对照结果图。

图5为实施例5制备的生物可降解介孔纳米磁性材料fe3o4ca4(po4)2co3的癌细胞靶向性的实验结果图。

具体实施方式

下述实施例中所使，用的实验方法如无特殊说明，均为常规方法。

下述实施例中所用的材料等，如无特殊说明，均可从商业途径得到。

下述实施例及其具体说明用于解释和理解本发明，并不构成对本发明的不当限定。

实施例1、生物可降解介孔纳米磁性材料fe3o4ca4(po4)2co3的制备

称取12g硝酸钙、5.77g磷酸一氢钠和1.29g碳酸钠，溶于ph为1.0的盐酸溶液中，在0℃恒温搅拌均匀。加入适量的fecl3水溶液，使得钙与铁的分子数之比为4:1，在0℃继续搅拌30min，然后利用氢氧化钠溶液调节溶液ph在9.0，高速搅拌2min，将产物过滤，去离子水洗涤2次，乙醇洗涤2次，50℃烘干，在空气中800℃煅烧12h，得到干燥产物。

取上述制备得到的产物置于ph为5.5的柠檬酸-氢氧化钠缓冲液中，25℃下连续搅拌30min，产物离心分离，去除上清，沉淀用去离子水洗涤2次，乙醇洗涤2次，50℃烘干，得到本发明所述的生物可降解介孔纳米磁性材料fe3o4ca4(po4)2co3。图1给出该生物可降解介孔纳米磁性材料fe3o4ca4(po4)2co3的扫描电子显微镜结果。

所述材料的粒子的平均粒径为800nm，比表面积为80m²/g；磁性纳米晶体的质量百分含量为20％；无机纳米晶体的质量百分含量为80％。

将上述制备的介孔纳米磁性材料置于37℃的人体模拟体液中，其ph为7.4，连续震荡2h，4h，8h，16h，24h，36h，48h，72h后，过滤，去离子水洗涤、乙醇洗涤，烘干称重。图2给出该生物可降解介孔纳米磁性材料的生物降解曲线。图2结果表明，本实施例制备出的生物可降解介孔纳米磁性材料生物可降解性好，降解速率在初期较快，材料表面原子可快速进入模拟体液，150h后达到平衡，负载阿霉素和/或紫杉醇等抗肿瘤药物后，药物随粒子降解可以在短时间内达到最大值并保持持续释放，具有持续给药功效。

实施例2、生物可降解介孔纳米磁性材料co3o4ca4(po4)2co3的制备

称取9g氯化钙、8.24g磷酸氢二钾和0.84g碳酸氢钠，溶于ph为4.2的盐酸溶液中，在25℃恒温搅拌均匀。加入适量的cocl3水溶液，使得钙与钴的分子数之比为3:1，在25℃继续搅拌30min，然后利用氢氧化钾溶液调节溶液ph在10.0，高速搅拌36h，将产物过滤，去离子水洗涤2次，乙醇洗涤2次，50℃烘干，在空气中800℃煅烧2h，得到干燥产物。

取上述制备得到的产物置于ph为6.6的柠檬酸-氢氧化钠缓冲液中，25℃下连续搅拌6h，产物离心分离，去除上清，沉淀用去离子水洗涤2次，乙醇洗涤2次，50℃烘干，得到本发明所述的生物可降解介孔纳米磁性材料co3o4ca4(po4)2co3。图3给出该生物可降解介孔纳米磁性材料co3o4ca4(po4)2co3的xrd晶体结构结果。

所述材料的粒子的平均粒径为20nm，比表面积为120m²/g；磁性纳米晶体的质量百分含量为30％；无机纳米晶体的质量百分含量为70％。

将上述制备的介孔纳米磁性材料超声分散于dmem细胞培养液中，磁性纳米粒子浓度为0.3mg/l。以每孔100微升加入到24孔细胞培养板中，培养板事先已有贴壁生长细胞skov3，显微镜下观察细胞数目和形态，观察结果如图4中标注“加入前”的图片所示，继续培养24h后，倒置显微镜下观察skov3细胞生长状态，skov3细胞从贴壁变成脱落圆球细胞，观察结果如图4中标注“加入后”的图片所示。图4结果表明，本实施例制备出的生物可降解介孔纳米磁性材料可有效杀伤癌细胞。

实施例3、生物可降解介孔纳米磁性材料ni2o3ca4(po4)2co3的制备

称取9g氯化钙、8.24g磷酸氢二钾和0.84g碳酸氢钠，溶于ph为3.2的盐酸溶液中，在100℃恒温搅拌均匀。加入适量的nicl2水溶液，使得钙与镍的分子数之比为4:1，在100℃继续搅拌30min，然后利用氢氧化钾溶液调节溶液ph在11.0以上，高速搅拌2h，将产物过滤，去离子水洗涤2次，乙醇洗涤2次，50℃烘干，在空气中800℃煅烧6h，得到干燥产物。

取上述制备得到的产物置于ph为6.0的柠檬酸-氢氧化钠缓冲液中，25℃下连续搅拌6h，产物离心分离，去除上清，沉淀用去离子水洗涤2次，乙醇洗涤2次，50℃烘干，得到本发明所述的生物可降解介孔纳米磁性材料ni2o3ca4(po4)2co3。

所述材料的粒子的平均粒径为50nm，比表面积为115m²/g；磁性纳米晶体的质量百分含量为25％；无机纳米晶体的质量百分含量为75％。

实施例4、生物可降解介孔纳米磁性材料fe3o4ca5(po4)3co3的制备

称取9g氯化钙、7.42g磷酸氢二钾和0.84g碳酸氢钠，溶于ph为5的盐酸溶液中，在100℃恒温搅拌均匀。加入适量的fe(no3)3水溶液，使得钙与铁的分子数之比为3:1，在100℃继续搅拌30min，然后利用氢氧化钾溶液调节溶液ph在9.5，高速搅拌13h，将产物过滤，去离子水洗涤2次，乙醇洗涤2次，50℃烘干，在空气中800℃煅烧10h，得到干燥产物。

取上述制备得到的产物置于ph为7.4的柠檬酸-氢氧化钠缓冲液中，25℃下连续搅拌6h，产物离心分离，去除上清，沉淀用去离子水洗涤2次，乙醇洗涤2次，50℃烘干，得到本发明所述的生物可降解介孔纳米磁性材料fe3o4ca5(po4)3co3。

所述材料的粒子的平均粒径为650nm，比表面积为90m²/g；磁性纳米晶体的质量百分含量为30％；无机纳米晶体的质量百分含量为70％。

实施例5、药物负载生物可降解介孔纳米磁性材料fe3o4ca4(po4)2co3的制备

称取10g硝酸钙、3.77g磷酸一氢钠和0.87g碳酸钠，溶于ph为1.0的盐酸溶液中，在37℃恒温搅拌均匀。加入适量的fecl3水溶液，使得钙与铁的分子数之比为4:1，在37℃继续搅拌30min，然后利用氢氧化钠溶液调节溶液ph在9.0，高速搅拌2min，将产物过滤，去离子水洗涤2次，乙醇洗涤2次，50℃烘干，在空气中800℃煅烧7h，得到干燥产物。

取上述制备得到的产物置于ph为5.5的柠檬酸-氢氧化钠缓冲液中，25℃下连续搅拌30min，产物离心分离，去除上清，沉淀用去离子水洗涤2次，乙醇洗涤2次，50℃烘干，得到本发明所述的生物可降解介孔纳米磁性材料fe3o4ca4(po4)2co3。

所述材料的粒子的平均粒径为350nm，比表面积为95m²/g；磁性纳米晶体的质量百分含量为30％；无机纳米晶体的质量百分含量为70％。

按材料与药物9：1的比例，称取10wt％的阿霉素和/或紫杉醇溶于37℃的人体模拟体液中。90％的上述材料，37℃条件下密封连续振荡48h后，过滤，去离子水洗涤，烘干，伽马射线消毒。称重。以每孔100微升加入到24孔细胞培养板中，培养板事先已有贴壁生长的正常卵巢细胞和卵巢癌细胞skov3，加入2h后，显微镜下观察细胞数目和形态，观察结果如图5所示，图5中，normalcell表示正常卵巢细胞，cancercell表示卵巢癌细胞skov3，nanoparticles表示药物负载生物可降解介孔纳米磁性材料fe3o4ca4(po4)2co3。该实验结果显示载药介孔纳米磁性粒子富集在癌细胞表面，表明本实施例制备的材料对癌细胞具有靶向性。

以上所述实施例仅表达了本发明的实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制，但凡采用等同替换或等效变换的形式所获得的技术方案，均应落在本发明的保护范围之内。