本發(fā)明涉及多級孔氧化硅納米材料，更具體地涉及一種選擇性功能化的方法及由此獲得的參數(shù)可調(diào)和選擇性功能化的多級孔氧化硅納米材料。

背景技術(shù)：

與傳統(tǒng)的分子藥物相比，納米“藥物”本身具有一些固有的優(yōu)勢，如腫瘤組織滲透性增強(qiáng)及滯留效應(yīng)(EPR效應(yīng))，這為癌癥的靶向治療提供了新的方法和思路。目前，用于癌癥治療的納米載體體系主要包括有機(jī)膠束體系、樹狀大分子、金屬-有機(jī)骨架(MOF)以及無機(jī)納米材料等(Curr.Opin.Colloid In.,2011,16,182-194；Curr.Opin.Drug Disc.,2007,10,756-767；Acc.Chem.Res.,2011,44,957-968；Adv.Drug Deliver.Rev.,2010,62,362-374)。在眾多的納米載體體系中，介孔氧化硅材料具有以下幾方面優(yōu)勢：顆粒尺寸及形貌易調(diào)控；大孔容和高比表面積可提高載藥量；進(jìn)一步的功能化可實現(xiàn)靶向輸送和緩釋。此外，表面修改可實現(xiàn)精細(xì)的工程設(shè)計來避免不必要的生物相互作用并提高生物利用率和細(xì)胞攝入量，這將為實現(xiàn)特定的藥代動力學(xué)釋放曲線和靶向傳輸、提高生物利用率、增強(qiáng)療效提供可能。為推動納米技術(shù)走向臨床標(biāo)準(zhǔn)，還需進(jìn)一步了解介孔氧化硅材料在生物體內(nèi)的行為以及進(jìn)行大量的臨床前試驗。目前，國內(nèi)復(fù)旦大學(xué)的趙東元教授(Chem.Rev.,2007,107,2821-2860)、中科院理化技術(shù)所的唐方瓊教授(Adv.Mater.,2012,24,1504-1534)以及施劍林課題組(J.Mater.Chem.,2011,21,5845-5855)在介孔氧化硅材料的可控合成、藥物輸運(yùn)以及生物安全性方面開展了一系列的研究工作，進(jìn)一步表明了介孔氧化硅材料在藥物緩/控釋、藥物靶向傳輸與治療、基因傳輸與治療等方面展現(xiàn)出巨大的應(yīng)用前景。最近，第一種以硅為基礎(chǔ)的用于疾病診斷方面的納米顆粒“C-點”(康奈爾點)(J.Clin.Invest.,2011,121,2768-2780)已被美國食品與藥物管理局(FDA)批準(zhǔn)進(jìn)行第一階段人類臨床試驗，這表明在硅基納米顆粒走向真正的臨床應(yīng)用階段的歷程中邁出了重要的一步。

如前所述，介孔氧化硅材料作為藥物載體的一個主要優(yōu)勢是其高的載藥量。到目前為止，大多數(shù)研究工作都集中于常規(guī)抗癌藥如阿霉素(DOX)等的擔(dān)載與輸運(yùn)，Lee等人將DOX擔(dān)載的介孔納米粒子傳輸至腫瘤部位，并于靜脈注射后48小時后在體內(nèi)腫瘤細(xì)胞密集區(qū)發(fā)現(xiàn)了DOX引發(fā)的熒光及細(xì)胞凋亡(J.Am.Chem.Soc.,2010,132,552-557)。Wang等人在Hep-A-22型肝癌中也證實了介孔氧化硅材料擔(dān)載的DOX可提高療效(J.Mater.Chem.,2011,21,5299-5306)。此外，Meng等人用PEG-PEI包覆顆粒尺寸為50nm的介孔氧化硅材料并成功擔(dān)載DOX，經(jīng)過靜脈注射(50mg/kg，連續(xù)3周，一周一次)，也證實了治療效果的提高(ACS Nano,2011,5,4131-4144)。與游離藥物相比，納米顆粒裝載的方法可實現(xiàn)更高的腫瘤消退，更為重要的是，納米顆粒裝載DOX被證實可以減小全身、肝臟和腎臟的毒性。

從以上國內(nèi)外的研究現(xiàn)狀可以看出，盡管研究者們在介孔氧化硅材料作為藥物載體方面開展了一系列的工作并取得較大的進(jìn)展。但是，還沒有對于多藥物同時輸運(yùn)的介孔氧化硅載體材料的報道，這是因為，現(xiàn)有的介孔基藥物載體材料往往只擁有單一的孔道結(jié)構(gòu)，而這種單一的孔道結(jié)構(gòu)通常只能擔(dān)載一種藥物分子，無法實現(xiàn)對多種藥物分子的同時高效裝載。因此，開發(fā)具有某些多級孔結(jié)構(gòu)或功能的藥物載體實現(xiàn)對不同性質(zhì)如水溶/脂溶性藥物的聯(lián)合輸運(yùn)以提高對癌細(xì)胞的協(xié)同毒性效應(yīng)，將對癌癥治療效果的提高和毒副作用的減少有著積極的作用。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

為了解決上述現(xiàn)有技術(shù)存在的無法利用介孔氧化硅載體材料輸運(yùn)多種藥物的問題，本發(fā)明旨在提供一種選擇性功能化的方法及由此獲得的參數(shù)可調(diào)和選擇性功能化的多級孔氧化硅納米材料。

本發(fā)明所述的對多級孔氧化硅納米材料進(jìn)行選擇性功能化的方法，包括如下步驟：S1，將嵌段共聚物溶解于四氫呋喃中形成四氫呋喃溶液，將陽離子表面活性劑溶解于堿性水中形成水溶液，將正硅酸乙酯溶解于醇中形成醇溶液，將四氫呋喃溶液加入攪拌條件下的水溶液中后得到混合溶液，然后將混合溶液加入攪拌條件下的醇溶液中得到一系列結(jié)構(gòu)和/或孔徑參數(shù)可調(diào)的多級孔氧化硅納米材料前驅(qū)體，其中，所述陽離子表面活性劑為十六烷基三甲基溴化銨、十八烷基三甲基溴化銨或雙十六烷基二甲基溴化銨；S2，將多級孔氧化硅納米材料前驅(qū)體進(jìn)行煅燒處理，得到一系列結(jié)構(gòu)和/或孔徑參數(shù)可調(diào)的多級孔氧化硅納米材料，從中篩選得到無殼層的多級孔氧化硅納米材料；S3，將無殼層的多級孔氧化硅納米材料超聲分散于N-甲基吡咯烷酮中得到第一多級孔氧化硅納米材料，其中，該第一多級孔氧化硅納米材料的骨架中不具有嵌段共聚物，且該第一多級孔氧化硅納米材料的小孔孔道中具有陽離子表面活性劑；S4，將第一多級孔氧化硅納米材料進(jìn)行氨基功能化得到氨基化的第二多級孔氧化硅納米材料，其中，該第二多級孔氧化硅納米材料的大孔孔道被氨基化而具有疏水性，而小孔孔道由于陽離子表面活性劑的占據(jù)而保持親水性；S5，將第二多級孔氧化硅納米材料分散于乙醇-硝酸銨溶液中萃取得到選擇性功能化的多級孔氧化硅納米材料，其中，該選擇性功能化的多級孔氧化硅納米材料的骨架中不具有陽離子表面活性劑，且該選擇性功能化的多級孔氧化硅納米材料的小孔孔道中富含硅羥基。

本發(fā)明基于嵌段共聚物在陽離子表面活性劑的結(jié)構(gòu)導(dǎo)向下，利用自組裝工藝和溶膠-凝膠方法成功制備出結(jié)構(gòu)可調(diào)的多級孔結(jié)構(gòu)的氧化硅介孔材料。同時，本發(fā)明利用溶劑N-甲基吡咯烷酮對嵌段共聚物與陽離子表面活性劑間的非同時去除效應(yīng)，使得小孔孔道在氨基功能化過程中得以保留，從而實現(xiàn)對大孔孔道的選擇性氨基功能化，得到可用于同時裝載親/疏水性藥物的無機(jī)納米藥物載體。

所述步驟S1具體為：將嵌段共聚物聚苯乙烯-b-聚丙烯酸溶解于四氫呋喃中形成四氫呋喃溶液，將陽離子表面活性劑溶解于水中加入氨水形成水溶液，將正硅酸乙酯溶解于乙醇中形成醇溶液，將四氫呋喃溶液加入攪拌條件下的水溶液中后靜置得到混合溶液，然后將混合溶液加入攪拌條件下的醇溶液中靜置、離心分離、洗滌干燥后得到一系列結(jié)構(gòu)和/或孔徑參數(shù)可調(diào)的多級孔氧化硅納米材料前驅(qū)體。

所述步驟S1中的嵌段共聚物、陽離子表面活性劑和正硅酸乙酯的摩爾比為4.33×10^-6：1.36×10^-4-5.48×10^-4：1.44×10^-3。

所述步驟S2具體為：將多級孔氧化硅納米材料前驅(qū)體于馬弗爐中煅燒處理，煅燒溫度為550℃，煅燒時間6-8h。

所述步驟S3具體為：將無殼層的多級孔氧化硅納米材料超聲分散于N-甲基吡咯烷酮中，攪拌后進(jìn)行離心分離，重復(fù)操作數(shù)次后，洗滌干燥得到第一多級孔氧化硅納米材料。該步驟利用N-甲基吡咯烷酮對嵌段共聚物與陽離子表面活性劑的非同時性去除效應(yīng)

所述步驟S4具體為：將第一多級孔氧化硅納米材料、氨丙基三乙氧基硅烷分散于甲苯中，于氮氣保護(hù)條件、80℃下進(jìn)行氨基功能化，洗滌干燥得到氨基化的第二多級孔氧化硅納米材料。

所述步驟S5具體為：將第二多級孔氧化硅納米材料分散于乙醇-硝酸銨溶液中，60℃下進(jìn)行回流萃取得到選擇性功能化的多級孔氧化硅納米材料。

一種根據(jù)上述的方法所獲得的結(jié)構(gòu)和/或孔徑參數(shù)可調(diào)的多級孔氧化硅納米材料。

所述結(jié)構(gòu)和/或孔徑參數(shù)可調(diào)的多級孔氧化硅納米材料的大孔孔徑為10nm-16nm。

所述結(jié)構(gòu)和/或孔徑參數(shù)可調(diào)的多級孔氧化硅納米材料的小孔孔徑為1.7nm-2.5nm。

所述結(jié)構(gòu)和/或孔徑參數(shù)可調(diào)的多級孔氧化硅納米材料的殼層厚度為0-20nm。

一種根據(jù)上述的方法所獲得的選擇性功能化的多級孔氧化硅納米材料。

所述選擇性功能化的多級孔氧化硅納米材料具有氨基功能化的大孔孔道與硅羥基富含的小孔孔道。

根據(jù)本發(fā)明的對多級孔氧化硅納米材料進(jìn)行選擇性功能化的方法，通過步驟S1中的陽離子表面活性劑的用量的選擇，可以在0-20nm的范圍內(nèi)調(diào)節(jié)多級孔氧化硅納米材料的殼層厚度，在10～16nm的范圍內(nèi)調(diào)節(jié)多級孔氧化硅納米材料的大孔孔徑；通過步驟S1中的陽離子表面活性劑(十六烷基三甲基溴化銨、十八烷基三甲基溴化銨或雙十六烷基二甲基溴化銨)的種類的選擇，可以在1.7-2.5nm的范圍內(nèi)調(diào)節(jié)多級孔氧化硅納米材料的小孔孔徑。根據(jù)本發(fā)明的方法所獲得的選擇性功能化的多級孔氧化硅納米材料，僅對大孔孔道進(jìn)行選擇性氨基功能化修飾，而小孔孔道則被保護(hù)下來，從而形成具有氨基功能化的大孔、親水性小孔的多級孔氧化硅納米材料，為親/疏水藥物在無機(jī)納米載體體系內(nèi)的同時裝載提供了一種新的方法和途徑，即利用具有氨基功能化的大孔孔道擔(dān)載疏水性藥物，同時利用親水性的硅羥基富含的小孔孔道用于擔(dān)載親水性藥物，在生物醫(yī)藥領(lǐng)域展現(xiàn)出良好的應(yīng)用前景。而且，本發(fā)明的對多級孔氧化硅納米材料進(jìn)行選擇性功能化的方法，制備工藝簡單，且重復(fù)性好。

附圖說明

圖1是本發(fā)明所提供的對多級孔氧化硅納米材料進(jìn)行選擇性功能化的方法的工藝流程圖；

圖2A是實施例1制備的HPSNs-CTAB₅₀的透射電鏡圖像；

圖2B是實施例2制備的HPSNs-CTAB₁₀₀的透射電鏡圖像；

圖2C是實施例3制備的HPSNs-CTAB₂₀₀的透射電鏡圖像；

圖3A是實施例1-實施例3制備的多級孔氧化硅納米材料的氮氣吸附圖；

圖3B是實施例1-實施例3制備的多級孔氧化硅納米材料的孔徑分布圖；

圖4A是實施例4中利用STAB制備的多級孔氧化硅納米材料的氮氣吸附圖；

圖4B是實施例4中利用STAB制備的多級孔氧化硅納米材料的孔徑分布圖；

圖4C是實施例4中利用DDAB制備的多級孔氧化硅納米材料的氮氣吸附圖；

圖4D是實施例4中利用DDAB制備的多級孔氧化硅納米材料的孔徑分布圖；

圖5是實施例5制備的多級孔氧化硅納米材料前驅(qū)體于NMP中分散不同次數(shù)后的傅里葉共振-紅外圖譜；

圖6是實施例5-實施例7制備的多級孔氧化硅納米材料的傅里葉共振-紅外圖譜；

圖7A是實施例5-實施例7制備的多級孔氧化硅納米材料的氮氣吸附圖；

圖7B是實施例5-實施例7制備的多級孔氧化硅納米材料的其孔徑分布圖；

圖8是實施例7制備的選擇性功能化多級孔氧化硅納米材料的親/疏水藥物裝載量圖(疏水性藥物姜黃素Cur及親水性藥物鹽酸阿霉素DOX)；

圖9是實施例7制備的選擇性功能化多級孔氧化硅納米材料的對人體肝癌細(xì)胞SMMC-7721的細(xì)胞毒性圖。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖，給出本發(fā)明的較佳實施例，并予以詳細(xì)描述。

實施例1

在室溫條件下，

a.將摩爾量為4.33×10^-6的嵌段共聚物PS₁₀₀-b-PAA₁₆溶解于10mL四氫呋喃中；

b.將摩爾量為1.36×10^-4的十六烷基三甲基溴化銨(CTAB，陽離子表面活性劑)溶解于40mL水中，待混合均勻后，加入0.5mL氨水；

c.將摩爾量為1.44×10^-3的正硅酸乙酯溶解于80mL乙醇中；

將a所得溶液于攪拌條件下傾倒至b溶液中，靜置10～15s后，將所得混合液繼續(xù)傾倒至c溶液中，室溫下靜置18h。離心分離、洗滌干燥后得到多級孔氧化硅納米材料前驅(qū)體(HPSNs-as)；隨后，將HPSNs-as于550℃下煅燒6～8h，得到殼厚為20nm的多級孔氧化硅納米材料(HPSNs-CTAB₅₀)。

實施例2

實施方法以及基本配方與實施例1相同，只改變CTAB摩爾量為2.74×10^-4，得到殼厚為8nm的多級孔氧化硅納米材料(HPSNs-CTAB₁₀₀)。

實施例3

實施方法以及基本配方與實施例1相同，只改變CTAB摩爾量為5.48×10^-4，得到無殼層的多級孔氧化硅納米材料(HPSNs-CTAB₂₀₀)。

圖2A為實施例1的HPSNs-CTAB₅₀的透射電鏡圖像，圖2B為實施例2的HPSNs-CTAB₁₀₀的透射電鏡圖像，圖2C為實施例3的HPSNs-CTAB₂₀₀的透射電鏡圖像。顯然，所得多級孔氧化硅納米材料在殼層厚度上表現(xiàn)出明顯的連續(xù)變化。圖3A是實施例1-實施例3制備的多級孔氧化硅納米材料的氮氣吸附圖，圖3B是實施例1-實施例3制備的多級孔氧化硅納米材料的孔徑分布圖。結(jié)果表明，根據(jù)本發(fā)明的方法制備的多級孔氧化硅納米材料的大孔孔徑可在10-16nm范圍連續(xù)可調(diào)。

實施例4

實施方法以及基本配方與實施例2相同，只是將陽離子表面活性劑由CTAB替換為十八烷基三甲基溴化銨(STAB)或雙十六烷基二甲基溴化銨(DDAB)，得到小孔孔徑可調(diào)的多級孔氧化硅納米材料(HPSNs-STAB)或(HPSNs-DDAB)。

圖4A是實施例4中利用STAB制備的多級孔氧化硅納米材料的氮氣吸附圖，圖4B是實施例4中利用STAB制備的多級孔氧化硅納米材料的孔徑分布圖，圖4C是實施例4中利用DDAB制備的多級孔氧化硅納米材料的氮氣吸附圖，圖4D是實施例4中利用DDAB制備的多級孔氧化硅納米材料的孔徑分布圖。結(jié)果顯示，與HPSNs-CTAB₁₀₀相比，STAB的使用使得小孔孔道尺寸被提高至2.2nm，DDAB的使用則使得小孔孔道尺寸被提高至2.5nm。

下表1中給出了各HPSNs樣品的孔結(jié)構(gòu)參數(shù)。

表1

實施例5

將實施例3中，于CTAB摩爾量為5.48×10^-4條件下所得HPSNs-as超聲分散于N-甲基吡咯烷酮(NMP)中，攪拌15min后進(jìn)行離心分離。重復(fù)該操作數(shù)次，經(jīng)洗滌干燥后，得到去除嵌段共聚物、陽離子表面活性劑有不同程度保留的多級孔氧化硅納米材料(HPSNs-1^st)。

圖5為實施例5中各多級孔氧化硅納米材料前驅(qū)體的傅里葉變換紅外光譜圖，分別為未分散樣品(HPSNs-as)、分散兩次樣品(HPSNs-2times)及分散五次樣品(HPSNs-5times)。為了便于觀察，分別將各曲線進(jìn)行了不同程度的縱向移動，因此透光率不作為參考。相比于HPSNs-as樣品，HPSNs-2times樣品在1720cm^-1與699cm^-1處的紅外峰明顯減弱，表明NMP對嵌段共聚物有著良好的去除作用，此時，2800-3000cm^-1處的振動峰仍明顯存在，表明陽離子表面活性劑CTAB仍存在與材料骨架之中。與之不同，HPSNs-5times樣品不僅未體現(xiàn)出在1720cm^-1與699cm^-1處的紅外峰，且2800-3000cm^-1處的振動峰也消失，表明NMP對嵌段共聚物與陽離子表面活性劑均具有去除作用，且嵌段共聚物優(yōu)先被去除。其中，符合后續(xù)需求的、經(jīng)NMP分散兩次的樣品HPSNs-2times即HPSNs-1^st。

實施例6

將實施例5中所得樣品HPSNs-1^st 60mg、氨丙基三乙氧基硅烷50μL分散于30mL甲苯中，于氮氣保護(hù)條件、80℃下進(jìn)行氨基功能化，經(jīng)洗滌干燥后，得到具有氨基化大孔、小孔內(nèi)仍含有CTAB的多級孔氧化硅納米材料(HSPNs-2^nd)。

實施例7

將實施例6中所得樣品HPSNs-2^nd 60mg分散于120mL乙醇-硝酸銨溶液中(硝酸銨濃度為6g/L)，60℃下進(jìn)行回流，以去除仍存在于材料骨架當(dāng)中的CTAB，經(jīng)洗滌干燥后，得到具有氨基化大孔、硅羥基富含的小孔的多級孔氧化硅納米材料(HSPNs-3^rd,即NH₂-HPSNs)。

圖6為實施例5-實施例7中各樣品的傅里葉變換紅外光譜圖，為了便于觀察，分別將各曲線進(jìn)行了不同程度的縱向移動，因此透光率不作為參考。其中，對HPSNs-1^st樣品的描述已在實施例5中進(jìn)行了相關(guān)分析。經(jīng)氨基功能化后，相比于HPSNs-1^st樣品，HPSNs-2^nd樣品在1550cm^-1處表現(xiàn)出明顯的紅外振動峰，即氨基基團(tuán)被成功嫁接于氧化硅材料中。經(jīng)萃取步驟后，CTAB被完全去除，這表現(xiàn)為HPSNs-3^rd樣品2800-3000cm^-1處紅外振動峰的消失。

圖7A是實施例5-實施例7制備的多級孔氧化硅納米材料的氮氣吸附圖，圖7B是實施例5-實施例7制備的多級孔氧化硅納米材料的其孔徑分布圖。顯然，整個流程中小孔孔道由存在至消失，至再次出現(xiàn)，很好地說明了嵌段共聚物在NMP分散步驟中被優(yōu)先去除，而CTAB則被保留下來，這部分CTAB可以在氨基功能化過程中對其所占據(jù)的小孔孔道起到保護(hù)作用。當(dāng)CTAB在萃取步驟中被去除后，這部分小孔孔道便重新體現(xiàn)出來，形成大孔孔道被選擇性功能化修飾、小孔孔道則仍保持親水特性的多級孔氧化硅納米材料。此外，結(jié)合圖5相關(guān)分析，圖7所示相關(guān)現(xiàn)象再次證明了NMP對嵌段共聚物與陽離子表面活性劑的非同時去除效應(yīng)。

實施例7所制備的選擇性功能化多級孔氧化硅納米材料的親/疏水藥物裝載量圖像見圖8。實施例7所制備的親/疏水藥物共擔(dān)載的選擇性功能化多級孔氧化硅納米材料對人體肝癌細(xì)胞SMMC-7721的細(xì)胞毒性圖見圖9。對疏水姜黃素/親水鹽酸阿霉素的藥物裝載實驗表明，本發(fā)明的NH₂-HPSNs對疏水性藥物姜黃素的裝載量達(dá)到93.1mg/g，同時對親水性藥物鹽酸阿霉素的裝載量達(dá)到217.3mg/g，即實現(xiàn)親/疏水藥物的同時裝載。細(xì)胞實驗表明，本發(fā)明的NH₂-HPSNs在擔(dān)載親/疏水藥物后，對人體肝癌細(xì)胞SMMC-7721表現(xiàn)出一定的藥物協(xié)同殺傷能力。

下表2中給出了選擇性功能化過程中所得各樣品的孔結(jié)構(gòu)參數(shù)。

表2

本發(fā)明按照合適的配方，通過嵌段共聚物在陽離子表面活性劑作用下的自組裝作用得到了一系列結(jié)構(gòu)和/或孔徑可調(diào)的多級孔氧化硅納米材料。其中，在陽離子表面活性劑的用量或種類改變下，可使得產(chǎn)品結(jié)構(gòu)殼層厚度、大/小孔孔徑連續(xù)可調(diào)；此外，基于N-甲基吡咯烷酮對嵌段共聚物與陽離子表面活性劑的非同時去除效應(yīng)，開發(fā)了一種對上述多級孔氧化硅納米材料進(jìn)行選擇性功能化修飾的方法，為親/疏水藥物在納米體系中的同時擔(dān)載提供了新的方法和思路。

以上所述的，僅為本發(fā)明的較佳實施例，并非用以限定本發(fā)明的范圍，本發(fā)明的上述實施例還可以做出各種變化。即凡是依據(jù)本發(fā)明申請的權(quán)利要求書及說明書內(nèi)容所作的簡單、等效變化與修飾，皆落入本發(fā)明專利的權(quán)利要求保護(hù)范圍。本發(fā)明未詳盡描述的均為常規(guī)技術(shù)內(nèi)容。