本發(fā)明屬于高分子材料和生物醫(yī)學(xué)工程領(lǐng)域,具體涉及一種溫敏聚合物@氧化石墨烯膠囊藥物載體及其制備方法和應(yīng)用。
背景技術(shù):
近年來隨著智能高分子材料的發(fā)展和市場需求的提高,雙重或者多重響應(yīng)性的智能高分子材料的研究開發(fā)成為重要發(fā)展方向。智能高分子是一類能夠?qū)Νh(huán)境微小刺激做出敏感響應(yīng)的功能高分子材料,對特定的刺激信號產(chǎn)生響應(yīng),并導(dǎo)致其自身的物理和化學(xué)性質(zhì)發(fā)生變化。由于聚合物具有突出的穩(wěn)定性和良好的生物相容性,響應(yīng)性聚合物在生物材料方面應(yīng)用越來越廣泛,常用于作為藥物、基因傳遞和藥物控釋的載體,逐漸成為一種新型的藥物運輸材料。在各種聚合物結(jié)構(gòu)中,空心聚合物納米膠囊由于其內(nèi)部的空心結(jié)構(gòu),可實現(xiàn)對藥物的無損害包埋,并且極大提高了藥物的負(fù)載量,在藥物負(fù)載和傳輸方面具有很好的應(yīng)用。
溫敏性智能高分子發(fā)生相轉(zhuǎn)變的前提條件是溫度改變。最常用刺激溫敏聚合物響應(yīng)的方法是直接升溫或降溫,改變溫敏聚合物所在溶液的溫度,但是這個方法的不足之處是不能局部加熱。由于光的強(qiáng)度和波長更易于調(diào)控,因此,具有光致發(fā)熱特性的生物材料引起人們更大的研究興趣。石墨烯是近年來新發(fā)現(xiàn)的二維碳材料,其中氧化石墨烯(GO)表面富含親水性官能團(tuán),利于改性,在合成生物納米復(fù)合材料時受到研究者們更多的青睞。除了很好的生物相容性和較低的毒性,氧化石墨烯還具有很強(qiáng)的近紅外吸收,利用近紅外(NIR)光照射,GO吸收近紅外光產(chǎn)生的熱量用于光熱治療。
中國專利(CN102977293,公開日2013年03月20日)公開了一種具有超聲和pH雙重響應(yīng)性的聚合物囊泡,在超聲作用下,囊泡結(jié)構(gòu)發(fā)生改變,使包覆的藥物迅速釋放,而體內(nèi)不同部位pH值的變化可觸發(fā)pH響應(yīng)鏈段作出響應(yīng),但是該生物材料不具有生物降解特性。中國專利(CN103965455,公開日2014年08月06日)公開了一種負(fù)載藥物可生物降解的聚合物,但是該材料對藥物的負(fù)載量不高。而專利(CN103980502A,公開日2014年08月13日)公開了一種通過自組裝兩親性三嵌段共聚物PEOx-b-Pβy-b-PAAz得到的聚合物囊泡,該囊泡具有pH響應(yīng)能力并且具有生物降解特性,但是通過自組裝得到的聚合物囊泡穩(wěn)定性差,易水解。
綜上所述,目前國內(nèi)外對于聚合物藥物載體材料的研究與探討大多停留在單體調(diào)控或者單一性能層面上,還未見合成具有藥物控釋和光熱治療的高分子藥物載體的報道。
技術(shù)實現(xiàn)要素:
本發(fā)明針對現(xiàn)有技術(shù)的不足,提供了一種溫敏聚合物@氧化石墨烯膠囊藥物載體,該膠囊藥物載體具有光熱特性、溫度敏感性和生物降解特性,不僅對人體生理溫度可做出敏感響應(yīng)而且對生物體內(nèi)存在的生物分子谷胱甘肽做出響應(yīng),使得該膠囊藥物載體解離成小片層的聚合物鏈,使其易于排出體外,減少膠囊藥物載體在生物體內(nèi)毒性的累積。
本發(fā)明還提供了該溫敏聚合物@氧化石墨烯膠囊藥物載體的制備方法。
本發(fā)明還提供了該溫敏聚合物@氧化石墨烯膠囊藥物載體的應(yīng)用。
本發(fā)明的目的是通過如下技術(shù)方案實現(xiàn)的:
一種溫敏聚合物@氧化石墨烯膠囊藥物載體,該膠囊藥物載體以二氧化硅球為模板,通過可逆加成-斷裂鏈轉(zhuǎn)移自由基聚合(簡稱為RAFT聚合)制備空心交聯(lián)聚合物膠囊,同時外表面包覆氧化石墨烯。
一種溫敏聚合物@氧化石墨烯膠囊藥物載體的制備方法,是由以下步驟制備得到的:
1)苯基-三甲氧硅烷基三硫代碳酸酯的制備:取1.6g甲醇鈉和4.86g無水甲醇倒入三口燒瓶中,在氮氣保護(hù)下逐滴加入溶有6.2g3-巰丙基三甲氧基硅烷的甲醇溶液,室溫反應(yīng)0.5h后,逐滴加入3.05gCS2,室溫下繼續(xù)反應(yīng)5h,再將5.24g芐基溴加至上述溶液中,氮氣保護(hù)下繼續(xù)攪拌12h,反應(yīng)結(jié)束后,旋蒸除去甲醇,然后用二氯甲烷萃取,過濾,減壓蒸餾除去二氯甲烷,然后放入真空干燥箱內(nèi)干燥,得苯基-三甲氧硅烷基三硫代碳酸酯(簡稱為BTPT);
所述甲醇溶液的體積為50mL;
2)苯基-三甲氧硅烷基三硫代碳酸酯接枝的SiO2顆粒的制備:將1-2gSiO2均勻分散至干燥的甲苯中;然后將相同質(zhì)量的苯基-三甲氧硅烷基三硫代碳酸酯加至上述溶液中,回流48h,將反應(yīng)產(chǎn)物用干燥的甲苯清洗3-5次,在8000轉(zhuǎn)/分條件下離心5min后放入50-70℃的烘箱中干燥3-5h,制得苯基-三甲氧硅烷基三硫代碳酸酯接枝的SiO2顆粒(簡稱為SiO2-BTPT);
3)二氧化硅/共聚物顆粒的制備:取0.1-0.5g苯基-三甲氧硅烷基三硫代碳酸酯接枝的SiO2顆粒、0.2-1.0gN-異丙基丙烯酰胺、20-100mg丙烯酰胺、5-50mg交聯(lián)劑N,N’-雙(丙烯酰)胱胺和1-10mg偶氮二異丁腈加至50-150mL的四氫呋喃中,除氧后在-65℃條件下聚合12-24h,然后在10,000轉(zhuǎn)/分條件下離心10min,四氫呋喃洗滌4次,離心,所得固體產(chǎn)物在真空干燥箱內(nèi)干燥6-12h,制得二氧化硅/共聚物顆粒;
4)空心溫敏聚合物膠囊的制備:取0.2-1.0g二氧化硅/共聚物顆粒均勻分散至5-20mL去離子水中,然后向其中緩慢加入0.2-1mL氫氟酸溶液,室溫反應(yīng)4h,反應(yīng)液加入到截留分子量為8,000的透析袋中透析2-3天,冷凍干燥12-24h,制得空心溫敏聚合物膠囊;
5)氧化石墨烯溶液的制備:取1-10g石墨加至100-1000mL濃硫酸中,攪拌24h,再將5-25g高錳酸鉀加至溶液中,冰浴條件下攪拌2-24h,加入100-1000mL去離子水,攪拌,再加入5-15mL雙氧水,多次離心洗滌得到溶液,冷凍干燥得到氧化石墨烯粉末,配制0.05-2mg/mL的氧化石墨烯溶液;
6)溫敏聚合物@氧化石墨烯膠囊藥物載體的制備:取1-4mg鹽酸阿霉素(DOX)和2-10mg空心溫敏聚合物膠囊分散在2-10mL去離子水中,在室溫下攪拌12h,離心去除未封裝鹽酸阿霉素上清液,將沉淀重新分散在去離子水中,得鹽酸阿霉素負(fù)載的聚合物膠囊溶液;然后將0.05-2mg/mL氧化石墨烯溶液逐滴加至鹽酸阿霉素負(fù)載的聚合物膠囊溶液中,室溫攪拌2h,離心,得溫敏聚合物@氧化石墨烯膠囊藥物載體。
所述SiO2為球形,直徑為50-400nm。
所述氧化石墨烯溶液中的氧化石墨烯為單層的氧化石墨烯,呈半透明的片狀。
一種溫敏聚合物@氧化石墨烯膠囊藥物載體的應(yīng)用,溫敏聚合物@氧化石墨烯膠囊藥物載體在制備包裹癌癥治療藥物載體中的應(yīng)用。
本發(fā)明的有益效果:
1.與現(xiàn)有技術(shù)相比,本發(fā)明利用氧化石墨烯將近紅外光能轉(zhuǎn)化為熱能的特性,將其作為溫敏聚合物調(diào)控溫度的熱源,同時氧化石墨烯是柔性二維材料,通過靜電吸附,包覆在空心溫敏聚合物膠囊表面,可以防止藥物在運輸過程中預(yù)釋放,提高藥物的負(fù)載效率。
2.本發(fā)明的溫敏聚合物@氧化石墨烯膠囊藥物載體具有光熱特性、溫度敏感性和生物降解特性,利用近紅外光照射改變載體的溫度實現(xiàn)可控的藥物緩釋;不僅對人體生理溫度可做出敏感響應(yīng),而且對生物體內(nèi)存在的生物分子谷胱甘肽做出響應(yīng),使得該膠囊藥物載體解離成小片層的聚合物鏈,使其易于排出體外,減少膠囊藥物載體在生物體內(nèi)毒性的累積。
3.本發(fā)明的制備方法簡單可控,重復(fù)性好,穩(wěn)定性強(qiáng),操作方便,成本低,環(huán)境友好。
4.本發(fā)明制備的溫敏聚合物@氧化石墨烯膠囊藥物載體是用于光熱-化學(xué)癌癥治療的理想材料。
附圖說明
圖1為本發(fā)明的溫敏聚合物@氧化石墨烯膠囊藥物載體的合成示意圖;
圖2中,A為空心溫敏聚合物膠囊的TEM圖;B為溫敏聚合物@氧化石墨烯膠囊藥物載體的TEM圖;
圖3中,A為溫敏聚合物@氧化石墨烯膠囊藥物載體在近紅外光照射下的光熱效應(yīng);B為溫敏聚合物@氧化石墨烯膠囊藥物載體中鹽酸阿霉素的釋放情況。
圖中:組1為不使用近紅外激光器照射的分散液,組2為使用波長為808nm的近紅外激光照射的分散液,組3為加入谷胱甘肽10mM的分散液。
具體實施方式
下面通過實施例并結(jié)合附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步說明。
實施例1
一種溫敏聚合物@氧化石墨烯膠囊藥物載體,該膠囊藥物載體以二氧化硅球為模板,通過可逆加成-斷裂鏈轉(zhuǎn)移自由基聚合制備空心交聯(lián)聚合物膠囊,同時外表面包覆氧化石墨烯。
一種溫敏聚合物@氧化石墨烯膠囊藥物載體的制備方法,是由以下步驟制備得到的:
1)苯基-三甲氧硅烷基三硫代碳酸酯的制備:取1.6g甲醇鈉和4.86g無水甲醇倒入三口燒瓶中,在氮氣保護(hù)下逐滴加入溶有6.2g3-巰丙基三甲氧基硅烷的甲醇溶液,室溫反應(yīng)0.5h后,逐滴加入3.05gCS2,室溫下繼續(xù)反應(yīng)5h,再將5.24g芐基溴加至上述溶液中,氮氣保護(hù)下繼續(xù)攪拌12h,反應(yīng)結(jié)束后,旋蒸除去甲醇,然后用二氯甲烷萃取,過濾,減壓蒸餾除去二氯甲烷,然后放入真空干燥箱內(nèi)干燥,得苯基-三甲氧硅烷基三硫代碳酸酯;
所述甲醇溶液的體積為50mL;
2)苯基-三甲氧硅烷基三硫代碳酸酯接枝的SiO2顆粒的制備:將1gSiO2均勻分散至干燥的甲苯中;然后將相同質(zhì)量的苯基-三甲氧硅烷基三硫代碳酸酯加至上述溶液中,回流48h,將反應(yīng)產(chǎn)物用干燥的甲苯清洗5次,在8000轉(zhuǎn)/分條件下離心5min后放入50℃的烘箱中干燥5h,制得苯基-三甲氧硅烷基三硫代碳酸酯接枝的SiO2顆粒;
3)二氧化硅/共聚物顆粒的制備:取0.1g苯基-三甲氧硅烷基三硫代碳酸酯接枝的SiO2顆粒、1.0gN-異丙基丙烯酰胺、20mg丙烯酰胺、50mg交聯(lián)劑N,N’-雙(丙烯酰)胱胺和1mg偶氮二異丁腈加至50mL的四氫呋喃中,除氧后在-65℃條件下聚合24h,然后在10,000轉(zhuǎn)/分條件下離心10min,四氫呋喃洗滌4次,離心,所得固體產(chǎn)物在真空干燥箱內(nèi)干燥6h,制得二氧化硅/共聚物顆粒;
4)空心溫敏聚合物膠囊的制備:取0.2g二氧化硅/共聚物顆粒均勻分散至20mL去離子水中,然后向其中緩慢加入0.2mL氫氟酸溶液,室溫反應(yīng)4h,反應(yīng)液加入到截留分子量為8,000的透析袋中透析3天,冷凍干燥12h,制得空心溫敏聚合物膠囊,如圖2中A所示;
5)氧化石墨烯溶液的制備:取1g石墨加至100mL濃硫酸中,攪拌24h,再將25g高錳酸鉀加至溶液中,冰浴條件下攪拌2h,加入100mL去離子水,攪拌,再加入15mL雙氧水,多次離心洗滌得到溶液,冷凍干燥得到氧化石墨烯粉末,配制0.05mg/mL的氧化石墨烯溶液;
6)溫敏聚合物@氧化石墨烯膠囊藥物載體的制備:取1mg鹽酸阿霉素和2mg空心溫敏聚合物膠囊分散在10mL去離子水中,在室溫下攪拌12h,離心去除未封裝鹽酸阿霉素上清液,將沉淀重新分散在去離子水中,得鹽酸阿霉素負(fù)載的聚合物膠囊溶液;然后將0.05mg/mL氧化石墨烯溶液逐滴加至鹽酸阿霉素負(fù)載的聚合物膠囊溶液中,室溫攪拌2h,離心,得溫敏聚合物@氧化石墨烯膠囊藥物載體,如圖2中B所示。
所述SiO2為球形,直徑為50nm。
所述氧化石墨烯溶液中的氧化石墨烯為單層的氧化石墨烯,呈半透明的片狀。
一種溫敏聚合物@氧化石墨烯膠囊藥物載體的應(yīng)用,溫敏聚合物@氧化石墨烯膠囊藥物載體在制備包裹癌癥治療藥物載體中的應(yīng)用。
實施例2
一種溫敏聚合物@氧化石墨烯膠囊藥物載體,該膠囊藥物載體以二氧化硅球為模板,通過可逆加成-斷裂鏈轉(zhuǎn)移自由基聚合制備空心交聯(lián)聚合物膠囊,同時外表面包覆氧化石墨烯。
一種溫敏聚合物@氧化石墨烯膠囊藥物載體的制備方法,是由以下步驟制備得到的:
1)苯基-三甲氧硅烷基三硫代碳酸酯的制備:取1.6g甲醇鈉和4.86g無水甲醇倒入三口燒瓶中,在氮氣保護(hù)下逐滴加入溶有6.2g3-巰丙基三甲氧基硅烷的甲醇溶液,室溫反應(yīng)0.5h后,逐滴加入3.05gCS2,室溫下繼續(xù)反應(yīng)5h,再將5.24g芐基溴加至上述溶液中,氮氣保護(hù)下繼續(xù)攪拌12h,反應(yīng)結(jié)束后,旋蒸除去甲醇,然后用二氯甲烷萃取,過濾,減壓蒸餾除去二氯甲烷,然后放入真空干燥箱內(nèi)干燥,得苯基-三甲氧硅烷基三硫代碳酸酯;
所述甲醇溶液的體積為50mL;
2)苯基-三甲氧硅烷基三硫代碳酸酯接枝的SiO2顆粒的制備:將2gSiO2均勻分散至干燥的甲苯中;然后將相同質(zhì)量的苯基-三甲氧硅烷基三硫代碳酸酯加至上述溶液中,回流48h,將反應(yīng)產(chǎn)物用干燥的甲苯清洗3次,在8000轉(zhuǎn)/分條件下離心5min后放入70℃的烘箱中干燥3h,制得苯基-三甲氧硅烷基三硫代碳酸酯接枝的SiO2顆粒;
3)二氧化硅/共聚物顆粒的制備:取0.5g苯基-三甲氧硅烷基三硫代碳酸酯接枝的SiO2顆粒、0.2gN-異丙基丙烯酰胺、100mg丙烯酰胺、5mg交聯(lián)劑N,N’-雙(丙烯酰)胱胺和10mg偶氮二異丁腈加至150mL的四氫呋喃中,除氧后在-65℃條件下聚合12h,然后在10,000轉(zhuǎn)/分條件下離心10min,四氫呋喃洗滌4次,離心,所得固體產(chǎn)物在真空干燥箱內(nèi)干燥12h,制得二氧化硅/共聚物顆粒;
4)空心溫敏聚合物膠囊的制備:取1.0g二氧化硅/共聚物顆粒均勻分散至5mL去離子水中,然后向其中緩慢加入1mL氫氟酸溶液,室溫反應(yīng)4h,反應(yīng)液加入到截留分子量為8,000的透析袋中透析2天,冷凍干燥24h,制得空心溫敏聚合物膠囊;
5)氧化石墨烯溶液的制備:取10g石墨加至1000mL濃硫酸中,攪拌24h,再將5g高錳酸鉀加至溶液中,冰浴條件下攪拌24h,加入1000mL去離子水,攪拌,再加入5mL雙氧水,多次離心洗滌得到溶液,冷凍干燥得到氧化石墨烯粉末,配制2mg/mL的氧化石墨烯溶液;
6)溫敏聚合物@氧化石墨烯膠囊藥物載體的制備:取4mg鹽酸阿霉素和10mg空心溫敏聚合物膠囊分散在2mL去離子水中,在室溫下攪拌12h,離心去除未封裝鹽酸阿霉素上清液,將沉淀重新分散在去離子水中,得鹽酸阿霉素負(fù)載的聚合物膠囊溶液;然后將2mg/mL氧化石墨烯溶液逐滴加至鹽酸阿霉素負(fù)載的聚合物膠囊溶液中,室溫攪拌2h,離心,得溫敏聚合物@氧化石墨烯膠囊藥物載體。
所述SiO2為球形,直徑為400nm。
所述氧化石墨烯溶液中的氧化石墨烯為單層的氧化石墨烯,呈半透明的片狀。
一種溫敏聚合物@氧化石墨烯膠囊藥物載體的應(yīng)用,溫敏聚合物@氧化石墨烯膠囊藥物載體在制備包裹癌癥治療藥物載體中的應(yīng)用。
光熱效應(yīng)及藥物釋放實驗
配制濃度為1mg/mL的溫敏聚合物@氧化石墨烯膠囊藥物載體的水分散液,分別使用不同功率(1.0W/cm2、1.5W/cm2、2.0W/cm2)的波長為808nm的近紅外激光照射水分散液,每隔30s記錄下分散液的溫度。如圖3中A所示:近紅外激光器功率越大,溫敏聚合物@氧化石墨烯膠囊藥物載體水分散液的溫度升高幅度越大,說明溫敏聚合物@氧化石墨烯膠囊藥物載體的光熱性能與近紅外激光器的功率強(qiáng)度有關(guān)。濃度為1mg/mL的溫敏聚合物@氧化石墨烯膠囊藥物載體水分散液,分別使用不
另外,對溫敏聚合物@氧化石墨烯膠囊藥物載體的鹽酸阿霉素釋放情況也做了研究,如圖3中B所示:與組1(不使用近紅外激光器照射的分散液)相比,組2(使用波長為808nm的近紅外激光照射的分散液)中鹽酸阿霉素釋放更快,而組3(加入谷胱甘肽10mM的分散液)釋放最快,說明該藥物載體不僅對近紅外光有響應(yīng),而且對谷胱甘肽分子也有響應(yīng)。
對溫敏聚合物@氧化石墨烯膠囊藥物載體的光熱特性和藥物緩釋特性進(jìn)行了仔細(xì)的研究和比較,發(fā)現(xiàn)本發(fā)明膠囊藥物載體不僅具有良好的光熱特性,而且還對溫度、光以及谷胱甘肽分子都有響應(yīng),實現(xiàn)可控的藥物釋放。另外,由圖1可以看出,谷胱甘肽分子能降解溫敏聚合物@氧化石墨烯膠囊藥物載體,使其解離,變成氧化石墨烯和線性聚合物,利于排出體外,減少其在體內(nèi)積累的毒性。