一種多孔二氧化硅納米粒子的制備方法及其用途
【專利摘要】一種生物兼容并可生物降解的多孔二氧化硅納米粒子的制備方法，通過多孔碳酸鈣納米粒子為模板一步法合成，用作模板的多孔碳酸鈣納米粒子內(nèi)部摻雜有明膠或淀粉等生物分子，除去模板之后該生物分子會留在多孔二氧化硅納米粒子的內(nèi)部。在生物環(huán)境中制備的多孔二氧化硅納米粒子具有生物相容性和生物可降解性。本發(fā)明得到的二氧化硅納米粒子分散性好，具有豐富的納米孔隙，可作為一種抗癌藥物載體應(yīng)用于生物醫(yī)藥領(lǐng)域。
【專利說明】一種多孔二氧化硅納米粒子的制備方法及其用途
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種多孔二氧化硅納米粒子的制備方法及其用途，特別涉及一種生物兼容并可生物降解的多孔二氧化硅納米粒子的制備方法及其用途。
【背景技術(shù)】
[0002]介孔二氧化硅納米粒子是指直徑為幾百納米，并且內(nèi)部具有10納米以內(nèi)的多孔結(jié)構(gòu)的納米材料。該納米粒子以球形為主，也可以是橢圓形、短棒型或空殼結(jié)構(gòu)。該納米粒子因結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，生物相容性好，并且內(nèi)部具有豐富的多孔結(jié)構(gòu)，因而常常被用作藥物或者其它生物分子的載體應(yīng)用于生物醫(yī)藥領(lǐng)域。
[0003]目前制備介孔二氧化硅納米粒子通用的方法是表面活性劑介導(dǎo)的溶膠凝膠法。即正硅酸乙酯在高濃度的表面活性劑(如十六烷基三甲基溴化銨)的溶液中通過自組裝并水解生成。然后通過高溫煅燒或者酸醇混合溶液除去表面活性劑。該方法不僅使用大量的表面活性劑而增加成本，而且為了除去表面活性劑而使用苛刻的條件。
[0004]另外，因?yàn)槎趸璧膭傂越Y(jié)構(gòu)和化學(xué)惰性，該材料通常認(rèn)為在生物環(huán)境中難以降解。例如，唐芳瓊等人分別研究了介孔二氧化硅納米粒子在不同溶液中的降解行為(Fang-Qiong Tang, et al.,In Vitro Degradation Behavior of Silica NanoparticlesUnder Physiological Conditions, Journal of Nanoscience and Nanotechnology, Vol.12，6346 - 6354，2012)，結(jié)果表明介孔結(jié)構(gòu)的二氧化硅納米粒子在緩沖溶液中難以被降解，而在牛血清蛋白溶液中30天 以上會發(fā)生緩慢的降解。而在實(shí)際應(yīng)用中，二氧化硅納米粒子長期在體內(nèi)堆積，很容易引起排異反應(yīng)。
[0005]基于上述原因，本發(fā)明提出了一種無需表面活性劑，制備生物兼容并可生物降解的多孔二氧化硅納米粒子的制備方法，并負(fù)載抗癌藥物應(yīng)用于腫瘤治療等生物醫(yī)藥領(lǐng)域。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明在于提供一種生物兼容并可生物降解的多孔二氧化硅納米粒子的制備方法，通過多孔碳酸鈣納米粒子為模板一步法合成，用作模板的多孔碳酸鈣納米粒子內(nèi)部摻雜有明膠或淀粉等生物分子，除去模板之后該生物分子會留在多孔二氧化硅納米粒子的內(nèi)部。
[0007]本發(fā)明的多孔二氧化硅納米粒子在生物環(huán)境中制備，具有生物相容性和生物可降解性。且分散性好，具有豐富的納米孔隙，可作為一種抗癌藥物載體應(yīng)用于生物醫(yī)藥領(lǐng)域。
[0008]為達(dá)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案:
[0009]一種多孔二氧化硅納米粒子的制備方法，包括以下步驟:
[0010](a)制備摻雜有生物分子的碳酸鈣納米粒子；
[0011](b)在步驟(a)制得的碳酸鈣納米粒子表面水解生成二氧化硅；
[0012](c)除去碳酸鈣模板，獲得多孔二氧化硅納米粒子。
[0013]對于本發(fā)明，所述制備方法中，步驟(a)通過一鍋法制備。[0014]優(yōu)選地，步驟(a)過程為:將生物分子、碳酸鈉、氯化鈣水溶液共混，攪拌至析出白色沉淀，分離洗滌。其中攪拌優(yōu)選為快速攪拌；分離可使用常規(guī)的分離方法，如離心分離、過濾分離等分離方法，優(yōu)選為離心分離。
[0015]優(yōu)選地，所述生物分子為明膠、淀粉、殼聚糖或海藻酸鈉中的I種或2種以上的混
口 ο
[0016]對于本發(fā)明，所述制備方法中，步驟(b)的過程為:將步驟(a)中得到的粒子再分散到含有正硅酸乙酯的乙醇溶液中吸附，然后分離，再分散到乙醇、水、氨水的混合溶液中反應(yīng)，分離洗滌。分離可使用常規(guī)的分離方法，如離心分離、過濾分離等分離方法，優(yōu)選為離心分離。
[0017]對于本發(fā)明，所述制備方法中，步驟(C)的過程為:步驟(b)得到的粒子分散到EDTA溶液中，除去碳酸鈣模板粒子。
[0018]本發(fā)明以碳酸鈣納米粒子為模板制備得到具有豐富的納米孔隙并摻雜有生物分子的多孔二氧化硅納米粒子，其為生物相容且可生物降解的納米粒子。
[0019]對于本發(fā)明，所述制備方法中，優(yōu)選包括以下步驟:
[0020](a)將生物分子、碳酸鈉、氯化鈣溶液共混，快速攪拌，離心洗滌；
[0021](b)將步驟(a)中得到的粒子再分散到含有正硅酸乙酯的溶液中吸附，離心后，加入氨水、乙醇混合溶液，使正硅酸乙酯在多孔碳酸鈣表面水解生成二氧化硅； [0022](C)將步驟(b)中得到的粒子用去離子水洗滌三次，加入到含有乙二胺四乙酸二鈉(EDTA)的溶液中，混合攪拌除去碳酸鈣模板，獲得多孔二氧化硅納米粒子。
[0023]本發(fā)明所用的原料物質(zhì)的量不作特別限定限定，只要不是極端條件，物質(zhì)的量的差異對產(chǎn)物形態(tài)影響不大。
[0024]本發(fā)明的目的之一還在于提供本發(fā)明所述的多孔二氧化硅納米粒子由于分散性好，具有豐富的納米孔隙，可作為抗癌藥物載體或細(xì)胞標(biāo)記等應(yīng)用于生物醫(yī)藥領(lǐng)域。
[0025]根據(jù)本發(fā)明的方法制備孔二氧化硅納米粒子具有如下優(yōu)點(diǎn):
[0026](I)方法簡單:制備多孔二氧化硅納米粒子所用的納米碳酸鈣模板，為一步法快速合成，除碳酸鈣模板的方法也是通過簡單且溫和的條件實(shí)現(xiàn)，避免了傳統(tǒng)的表面活性劑介導(dǎo)的溶膠凝膠法復(fù)雜的反應(yīng)步驟和苛刻的除模板條件。
[0027](2)制備多孔二氧化硅納米粒子所用的原材料都是廉價的常用化學(xué)試劑，大大降低了材料的制備成本。
[0028](3)制備多孔二氧化硅納米粒子所用的原材料都也是FDA批準(zhǔn)的常用食品及藥物原材料，因而在臨床前研究中可以大大降低生物安全問題。
[0029](4)制備的多孔二氧化硅納米粒子因有明膠等生物分子的摻雜，因而該材料具有一定的可生物降解性質(zhì)。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0030]圖1明膠分子摻雜的多孔二氧化硅納米粒子制備示意圖及用于抗癌藥物的裝載于釋放；
[0031]圖2是實(shí)施例1制備的明膠摻雜多孔二氧化硅納米粒子局部斷層的掃描電鏡圖像；[0032]圖3實(shí)施例1制備的明膠摻雜多孔二氧化硅納米粒子的掃描電鏡圖像；
[0033]圖4是實(shí)施例1制備的明膠摻雜多孔二氧化硅納米粒子的透射電子顯微鏡圖像及其元素分布分析；
[0034]圖5是實(shí)施例1制備的明膠摻雜多孔二氧化硅納米粒子在37°C環(huán)境中，在緩沖溶液里不同時間降解后的透射電子顯微鏡圖片；
[0035]圖6是綠色熒光染料FITC標(biāo)記的實(shí)施例1制備的明膠摻雜多孔二氧化硅納米粒子以及該材料與MCF-7細(xì)胞共培養(yǎng)5天以后的的激光共聚焦圖像；
[0036]圖7是實(shí)施例1制備的明膠摻雜的多孔二氧化硅納米粒子對MCF-7細(xì)胞毒性的研究;
[0037]圖8是實(shí)施例1制備的多孔二氧化硅納米粒子吸附抗癌藥物阿霉素之后的透射電子顯微鏡圖像，以及該材料不同時間內(nèi)與MCF-7細(xì)胞共同孵育后對該細(xì)胞形態(tài)的影響；
[0038]圖9是不同劑量的上述包裹有阿霉素的納米粒子對MCF-7細(xì)胞的活性影響；
[0039]圖10是實(shí)施例2制備的多孔二氧化硅納米粒子的透射電鏡圖像；
[0040]圖11是實(shí)施例2制備的多孔二氧化硅納米粒子的掃描電鏡圖像；
[0041]圖12是實(shí)施例2制備的多孔二氧化硅納米粒子吸附不同量的阿霉素照片，及表面電勢變化；
[0042]圖13是不同劑量的包裹有阿霉素的淀粉摻雜的多孔二氧化硅納米粒子對MCF-7細(xì)胞的活性影響；
[0043]圖14是上述制備的包裹有阿霉素的淀粉摻雜的多孔二氧化硅納米粒子對小鼠肝癌的抑瘤效果。
【具體實(shí)施方式】
[0044]為便于理解本發(fā)明，本發(fā)明列舉實(shí)施例如下。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該明了，所述實(shí)施例僅僅用于幫助理解本發(fā)明，不應(yīng)視為對本發(fā)明的具體限制。
[0045]圖1明膠分子摻雜的多孔二氧化硅納米粒子制備示意圖及用于抗癌藥物的裝載于釋放。
[0046]實(shí)施例1
[0047](I)制備明膠摻雜的具有多孔結(jié)構(gòu)的碳酸鈣納米粒子
[0048]取200mg明膠溶于50°C IOOmL水溶液中，然后加入147.02mgCaCl2.2Η20溶解。另取105.99mg NaCO3溶于IOOmL水溶液中。于室溫并快速攪拌的條件下將碳酸鈉水溶液加入到含明膠的氯化鈣水溶液中，攪拌6小時后離心洗滌3次，干燥備用。
[0049](2)制備明膠摻雜的多孔結(jié)構(gòu)的二氧化硅納米粒子
[0050]取IOOmg上 述制備的明膠摻雜的碳酸鈣納米粒子，加入2mL50%正硅酸乙酯/乙醇溶液(體積比)吸附過夜。離心洗滌，除去沒有吸附的正硅酸乙酯，然后將此碳酸鈣轉(zhuǎn)移到50mL圓底燒瓶中，加入6mL乙醇、2.5mL氨水以及2.5mL水?dāng)嚢璺磻?yīng)過夜。將反應(yīng)后的碳酸鈣離心洗滌3次，加入6mL EDTA除去碳酸鈣，此過程重復(fù)3次，確保除去碳酸鈣，最后離心洗滌3次，將所得明膠摻雜的多孔二氧化硅納米粒子分散在水溶液中備用。
[0051]圖2是本實(shí)施例制備的明膠摻雜多孔二氧化硅納米粒子局部斷層的掃描電鏡圖像；圖3是本實(shí)施例制備的明膠摻雜多孔二氧化硅納米粒子的掃描電鏡圖像；表明了內(nèi)部具有豐富的多孔結(jié)構(gòu)；圖4是本實(shí)施例制備的明膠摻雜多孔二氧化硅納米粒子的透射電子顯微鏡圖像及其元素分布分析，可明顯看到來自二氧化硅的硅元素分布，以及來自明膠的氮元素分布，表明材料是由二氧化硅和明膠組分組成；圖5是本實(shí)施例制備的明膠摻雜多孔二氧化硅納米粒子在37°C環(huán)境中，在緩沖溶液里不同時間降解后的透射電子顯微鏡圖片，表明該材料在上述條件下12天以后會被降解掉。
[0052](3)制備熒光分子FITC標(biāo)記的多孔二氧化硅納米粒子
[0053]將IOOmg上述制備的多孔二氧化硅納米粒子分散于IOml乙醇、2.3ml水、1.87ml氨水溶液中混合攪拌均勻后，加入150 μ L (3-氨基丙基)三乙氧基硅烷。反應(yīng)12h后分別用乙醇及去離子水洗滌，干燥。然后取30mg分散于IOml碳酸鈉緩沖溶液中(ph = 10.2)，加入800 μ L FITC的DMF溶液(2g/L)，反應(yīng)24h，用乙醇洗滌4次。
[0054]圖6是綠色熒光染料FITC標(biāo)記的本實(shí)施例制備的明膠摻雜多孔二氧化硅納米粒子以及該材料與MCF-7細(xì)胞共培養(yǎng)5天以后的的激光共聚焦圖像，表明該材料會很容易被細(xì)胞內(nèi)吞；圖7是本實(shí)施例制備的明膠摻雜的多孔二氧化硅納米粒子對MCF-7細(xì)胞毒性的研究，證明該材料有良好的細(xì)胞相容性；圖8是本實(shí)施例制備的多孔二氧化硅納米粒子吸附抗癌藥物阿霉素之后的透射電子顯微鏡圖像，以及該材料不同時間內(nèi)與MCF-7細(xì)胞共同孵育后對該細(xì)胞形態(tài)的影響?？梢钥闯?天以后，由于阿霉素在細(xì)胞內(nèi)緩慢釋放，引起了細(xì)胞毒性，最終導(dǎo)致細(xì)胞凋亡；圖9是不同劑量的上述包裹有阿霉素的納米粒子對MCF-7細(xì)胞的活性影響，可以證明該粒子裝載阿霉素后在體外條件下對MCF-7細(xì)胞有明顯的細(xì)胞毒性，是一種潛在的抗癌藥物載體。
[0055]實(shí)施例2 雜的具有多孔結(jié)構(gòu)的碳酸鈣納米粒子
[0057]取200mg可溶淀粉溶于IOOmL沸水中，然后加入147.02mgCaCl2.2Η20溶解。另取105.99mg NaCO3溶于IOOmL水溶液中?？焖贁嚢璧臈l件下將碳酸鈉水溶液加入氯化鈣水溶液中，攪拌6小時后離心洗滌3次，乙醇干燥備用
[0058](2)制備淀粉摻雜的多孔結(jié)構(gòu)的二氧化硅納米粒子
[0059]取IOOmg上述制備的淀粉摻雜的碳酸鈣納米粒子，加入2mL50%正硅酸乙酯/乙醇溶液(體積比)吸附過夜。離心洗滌，除去沒有吸附的正硅酸乙酯，然后將此碳酸鈣轉(zhuǎn)移到50mL圓底燒瓶中，攪拌的條件下加入6mL乙醇、2.5mL氨水以及2.5mL /K，反應(yīng)過夜。將反應(yīng)后的碳酸鈣離心洗滌3次，加入6mL EDTA除去碳酸鈣，此過程重復(fù)3次，確保除去碳酸鈣，最后離心洗滌3次將所得淀粉摻雜的多孔二氧化硅納米粒子分散在水溶液中備用。
[0060]圖10、圖11分別是本實(shí)施例制備的多孔二氧化硅納米粒子的透射電鏡圖像和掃描電鏡圖像，表明同樣方法制備的淀粉摻雜的多孔二氧化硅納米粒子具有類似的多孔結(jié)構(gòu)；圖12是本實(shí)施例制備的多孔二氧化硅納米粒子吸附不同量的阿霉素照片，及表面電勢變化，表明其對阿霉素具有很好的裝載效率；圖13是不同劑量的包裹有阿霉素的淀粉摻雜的多孔二氧化硅納米粒子對MCF-7細(xì)胞的活性影響，可以證明該粒子裝載阿霉素后在體外條件下對MCF-7細(xì)胞有明顯的細(xì)胞毒性，是一種潛在的抗癌藥物載體；圖14是上述制備的包裹有阿霉素的淀粉摻雜的多孔二氧化硅納米粒子對小鼠肝癌的抑瘤效果，與隱性對照及陽性對照組相比，該載藥納米粒子對小鼠肝癌具有明顯的抑瘤率。
[0061] 申請人:聲明，本發(fā)明通過上述實(shí)施例來說明本發(fā)明的詳細(xì)工藝設(shè)備和工藝流程，但本發(fā)明并不局限于上述詳細(xì)工藝設(shè)備和工藝流程，即不意味著本發(fā)明必須依賴上述詳細(xì)工藝設(shè)備和工藝流程才能實(shí)施。所屬【技術(shù)領(lǐng)域】的技術(shù)人員應(yīng)該明了，對本發(fā)明的任何改進(jìn)，對本發(fā)明產(chǎn)品各原料的等效替換及輔助成分的添加、具體方式的選擇等，均落在本發(fā)明的保護(hù)范 圍和公開范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種多孔二氧化硅納米粒子的制備方法，包括以下步驟: (a)制備摻雜有生物分子的碳酸鈣納米粒子； (b)在步驟(a)制得的碳酸鈣納米粒子表面水解生成二氧化硅； (C)除去碳酸鈣模板，獲得多孔二氧化硅納米粒子。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，步驟(a)通過一鍋法制備。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的制備方法，其特征在于，步驟(a)過程為:將生物分子、碳酸鈉、氯化鈣水溶液共混，攪拌至析出白色沉淀，分離洗滌。
4.根據(jù)權(quán)利要求1-3任一項(xiàng)所述的制備方法，其特征在于，所述生物分子為明膠、淀粉、殼聚糖或海藻酸鈉中的I種或2種以上的混合。
5.根據(jù)權(quán)利要求1-4任一項(xiàng)所述的制備方法，其特征在于，步驟(b)的過程為:將步驟(a)中得到的粒子再分散到含有正硅酸乙酯的乙醇溶液中吸附，然后分離，再分散到乙醇、水、氨水的混合溶液中反應(yīng)，分離洗滌。
6.根據(jù)權(quán)利要求1-5任一項(xiàng)所述的制備方法，其特征在于，步驟(c)的過程為:步驟(b)得到的粒子分散到EDTA溶液中，除去碳酸鈣模板粒子。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，包括以下步驟: (a)將生物分子、碳酸鈉、氯化鈣溶液共混，快速攪拌，離心洗滌； (b)將步驟(a)中得到的粒子再分散到含有正硅酸乙酯的溶液中吸附，離心后，加入氨水、乙醇混合溶液，使正硅酸乙酯在多孔碳酸鈣表面水解生成二氧化硅； (C)將步驟(b)中得到的粒子用去離子水洗滌三次，加入到含有乙二胺四乙酸二鈉(EDTA)的溶液中，混合攪拌除去碳酸鈣模板，獲得多孔二氧化硅納米粒子。
8.一種權(quán)利要求1-7任一項(xiàng)所述的多孔二氧化硅納米粒子在醫(yī)藥領(lǐng)域的用途。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的用途，其特征在于，所述多孔二氧化硅納米粒子作為抗癌藥物載體或細(xì)胞標(biāo)記。
【文檔編號】B82Y30/00GK104003404SQ201410210398
【公開日】2014年8月27日 申請日期:2014年5月19日 優(yōu)先權(quán)日:2014年5月19日
【發(fā)明者】李峻柏, 王安河, 楊洋 申請人:國家納米科學(xué)中心