磁性氧化石墨烯復(fù)合物的制備和應(yīng)用
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及生物醫(yī)藥、磁性材料和碳材料技術(shù)領(lǐng)域，具體是指一種具有磁靶向給藥且可重復(fù)利用的藥物載體即磁性氧化石墨烯復(fù)合物的制備和應(yīng)用。
【背景技術(shù)】
[0002]目前，單純的新藥研發(fā)已不能滿足治療的需求，主要是存在以下問題:病灶部位對(duì)藥物吸收效率低；生物體的新陳代謝和降解等作用會(huì)分解消化藥物，使得藥物作用于病灶部位的濃度過??；及在注射給藥時(shí)藥物在水相的溶解度偏低等。上述問題的存在極大地限制了藥物的療效。而解決這些問題的有效方法就是研發(fā)出合適的藥物載體，使得藥物發(fā)揮作用不再僅僅依靠藥物本身，而是通過載體將藥物輸送到靶器官以提高病灶部位的藥物濃度。此外，載體也可防止藥物過早地降解、滅活以及發(fā)生人體免疫反應(yīng)等。因此，含載體的制劑比普通藥劑具有可定時(shí)釋放藥物、維持較高的局部藥物濃度和較長(zhǎng)的藥效作用時(shí)間等優(yōu)點(diǎn)。
[0003]作為藥物載體應(yīng)當(dāng)無毒、生物相容性好、載藥能力強(qiáng)、物理化學(xué)性能穩(wěn)定、對(duì)靶器官有特異趨向性、成本低且利于大規(guī)模生產(chǎn)等優(yōu)點(diǎn)。氧化石墨烯(GO)作為一種新穎的具有獨(dú)特結(jié)構(gòu)和性能優(yōu)異的碳材料而受到人們的廣泛重視。它是由SP2碳原子構(gòu)成的蜂窩狀單層結(jié)構(gòu)的二維納米材料，且表面存在大量的活性基團(tuán)，如羥基，羧基等。此外，單層的GO兩面均具有芳香結(jié)構(gòu)，能夠通過活性基團(tuán)和JT-JT電子之間的相互作用吸附芳香族化合物。由于大多數(shù)有機(jī)藥物分子中都含有芳香環(huán)狀結(jié)構(gòu)或者活性基團(tuán)，這就為藥物分子能夠穩(wěn)定地被吸附在GO表面提供了可能。再者，具有超順磁性的四氧化三鐵(Fe3O4)納米粒子由于其靈敏的磁響應(yīng)性和優(yōu)越的生物相容性已被廣泛應(yīng)用于生物領(lǐng)域，尤其是磁靶向給藥領(lǐng)域。Fe3O4納米粒子所表現(xiàn)出的高效磁響應(yīng)性有利于藥物的靶向輸送，也便于藥物載體的回收和再生，從而降低成本，符合可持續(xù)發(fā)展和低碳循環(huán)的國家政策。
[0004]基于GO與Fe3O4納米粒子各自的獨(dú)特性能，兩者的復(fù)合物即磁性氧化石墨烯(GO-Fe3O4)將會(huì)是一種高效、廉價(jià)、生物相容性好、綜合性能優(yōu)良的藥物載體。其原理是利用復(fù)合物中GO的高比表面、獨(dú)特的層狀結(jié)構(gòu)和高效的表面活性以及Fe3O4的強(qiáng)磁性能，使復(fù)合物對(duì)抗癌藥物分子產(chǎn)生優(yōu)良的負(fù)載作用和高效的磁靶向作用，同時(shí)能對(duì)吸附的藥物分子進(jìn)行脫附，從而達(dá)到治療與回收載體的目的。直至今日未見報(bào)道。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明針對(duì)當(dāng)前藥物載體載藥能力不足、導(dǎo)向性不夠的不足之處，提供一種具有磁靶向給藥且可重復(fù)利用的藥物載體即磁性氧化石墨烯復(fù)合物的制備和應(yīng)用。
[0006]本發(fā)明的技術(shù)方案是通過如下方式實(shí)現(xiàn)的:一種磁性氧化石墨烯復(fù)合物的制備包括以下步驟:
[0007]⑴稱取一定量的石墨粉末，加入一定體積的溶有適量NaNO3的濃H 2S04溶液，經(jīng)攪拌后加入適量的KMnO4，在一定溫度下進(jìn)行反應(yīng)，隨后加入一定體積的蒸餾水稀釋，保溫一定時(shí)間后降至室溫，再加入適量H2O2反應(yīng)一段時(shí)間，經(jīng)抽濾、稀鹽酸和蒸餾水分別洗滌后真空干燥得到氧化石墨；取一定量氧化石墨分散于一定體積的去離子水中，室溫超聲剝離后得到GO懸浮液；
[0008]⑵根據(jù)所需的GO與Fe3O4的質(zhì)量比Oivf)，分別稱取一定質(zhì)量的亞鐵鹽和鐵鹽溶于去離子水得到Fe3+和Fe 2+為一定化學(xué)計(jì)量比的溶液A ;
[0009]⑶取一定量的GO懸浮液，加入蒸餾水稀釋，并調(diào)節(jié)體系pH至酸性，超聲、攪拌后緩慢滴加步驟⑵中得到的溶液A，得到混合溶液B，在惰性氣體保護(hù)下，將混合溶液B恒溫熟化，滴加氨水調(diào)節(jié)體系PH至堿性，然后在一定溫度下陳化數(shù)小時(shí)，通過磁分離獲得固體粗產(chǎn)物，分別用蒸餾水和乙醇洗滌固體粗產(chǎn)物至中性，真空干燥一段時(shí)間后得到磁性氧化石墨稀復(fù)合物。
[0010]在所述的磁性氧化石墨烯復(fù)合物的制備中，所述的磁性氧化石墨烯復(fù)合物中氧化石墨烯的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10%?40%。
[0011]在所述的磁性氧化石墨烯復(fù)合物的制備中，所述步驟⑴中GO懸浮液的質(zhì)量體積濃度為0.2?0.7mg/mL0
[0012]在所述的磁性氧化石墨烯復(fù)合物的制備中，所述步驟⑴中的原料以重量份計(jì)，石墨粉末用量為0.1?0.3份，NaNOj^用量為1.5?3.0份，濃H 2S04溶液的用量為50?150份，加入3?9份KMnO4,在35?45°C反應(yīng)I?3h后，升溫至80?95°C，保溫15?30min后，加入200?300mL蒸饋水稀釋，加熱至沸騰并保溫15?30min，然后降至室溫，加入H2O21?15份反應(yīng)6?10h，抽濾得到的固體用稀鹽酸和蒸餾水分別離心洗滌至離心清液中無SO42 ;洗滌后的固體于60?80°C真空干燥12?18h得到氧化石墨；取0.1?0.3份氧化石墨粉末分散于200?600mL去離子水中，室溫超聲剝離3?5h，配置得到質(zhì)量體積濃度為0.2?0.7mg/mL的GO懸浮液。
[0013]在所述的磁性氧化石墨烯復(fù)合物的制備中，所述步驟⑵中溶液A的Fe3+和Fe 2+的化學(xué)計(jì)量比為1.6?2.2:1。
[0014]在所述的磁性氧化石墨烯復(fù)合物的制備中，所述步驟⑵中的GO與Fe3O4的111(^為1:6、1:5、1:4、1:3 或 1:2 中的一種。
[0015]在所述的磁性氧化石墨烯復(fù)合物的制備中，所述步驟⑵中的鐵鹽是可溶性的無機(jī)鐵鹽和有機(jī)鐵鹽中的一種或數(shù)種，亞鐵鹽是可溶性無機(jī)亞鐵鹽或有機(jī)亞鐵鹽中的一種或數(shù)種。
[0016]在所述的磁性氧化石墨烯復(fù)合物的制備中，所述步驟⑶中的惰性氣體為氮?dú)?、氬氣或二氧化碳中的一種。
[0017]在所述的磁性氧化石墨烯復(fù)合物的制備中，所述步驟⑶中的GO懸浮液在加入蒸餾水稀釋后，采用鹽酸調(diào)節(jié)pH為I?4。
[0018]在所述的磁性氧化石墨烯復(fù)合物的制備中，所述步驟⑶中的熟化溫度為30?50°C，熟化時(shí)間為3?6h。
[0019]在所述的磁性氧化石墨烯復(fù)合物的制備中，所述步驟⑶中的混合溶液B經(jīng)恒溫熟化后，滴加氨水調(diào)節(jié)體系pH為9?13。
[0020]在所述的磁性氧化石墨烯復(fù)合物的制備中，所述步驟⑶中的陳化溫度為60?90 °C，陳化時(shí)間為2?6h。
[0021]—種磁性氧化石墨烯復(fù)合物的應(yīng)用，所述的磁性氧化石墨烯復(fù)合物用于抗癌藥物的負(fù)載，所述的抗癌藥物包括阿霉素(DOX)、喜樹堿(CPT)和氟尿嘧啶(5-FU)。
[0022]在所述的磁性氧化石墨烯復(fù)合物的應(yīng)用中，所述磁性氧化石墨烯復(fù)合物的回收與再利用方法是:將使用后的磁性氧化石墨烯置于一定量的有機(jī)溶劑或酸堿溶液中，超聲處理10?30min，慢速攪拌I?3h，磁分離得到的固體物質(zhì)在40?70°C真空干燥12?18h，即得再生活化的磁性氧化石墨烯復(fù)合物，供抗癌藥物負(fù)載與釋放的循環(huán)使用。
[0023]本發(fā)明的特點(diǎn)是:
[0024]本發(fā)明制備的磁性氧化石墨烯復(fù)合物包含生物相容性好的GO和Fe3O4兩種組分，結(jié)合了 GO的高效吸附性能和Fe3O4納米粒子的優(yōu)越磁性能，賦予了磁性氧化石墨烯復(fù)合物良好的生物相容性和磁靶向給藥性能；
[0025]本發(fā)明制備的磁性氧化石墨烯復(fù)合物具有磁功能特性，可用磁分離技術(shù)方便地分離、回收載體，經(jīng)活化再生可循環(huán)使用，具有高效、安全、價(jià)廉及環(huán)保等優(yōu)點(diǎn)；
[0026]本發(fā)明采用氧化-超聲-沉淀技術(shù)制備磁性氧化石墨烯復(fù)合物，原料低廉易得，制備條件溫和、實(shí)驗(yàn)設(shè)備操作簡(jiǎn)單，比其它藥物載體的制備工藝更簡(jiǎn)單、更節(jié)能；
[0027]本發(fā)明制備的磁性氧化石墨烯復(fù)合物中Fe3O4納米粒子包覆在GO的表面，且兩組分之間存在一定的相互作用，并不是兩者的簡(jiǎn)單混合；
[0028]本發(fā)明制備的磁性氧化石墨烯復(fù)合物對(duì)抗癌藥物的吸附行為符合二級(jí)動(dòng)力學(xué)模型，且溫度、藥物初始濃度和體系PH均影響載體的載藥性能；
[0029]本發(fā)明制備的磁性氧化石墨烯復(fù)合物對(duì)抗癌藥物的釋放性能易受體系酸堿性的影響，可通過調(diào)節(jié)體系的PH值來實(shí)現(xiàn)藥物緩慢定量釋放。
【附圖說明】
[0030]圖1是荷蘭Philips公司PW3040/60型X-射線粉末衍射儀所測(cè)的石墨(EG)和氧化石墨烯(GO)的X-射線衍射圖，其插圖為英國Renishaw公司的RM1000型顯微共焦激光拉曼光譜儀測(cè)得的GO的拉曼光譜圖。
[0031]圖2為荷蘭Philips公司PW3040/60型X-射線粉末衍射儀所測(cè)的不同ms/F的磁性氧化石墨烯復(fù)合物的X-射線衍射圖。
[0032]圖3為美國Thermo Nicolet公司的NEXUS-670型傅立葉變換紅外光譜儀所測(cè)的阿霉素(DOX)、磁性氧化石墨烯復(fù)合物(GO-Fe3O4)和負(fù)載阿霉素后的磁性氧化石墨烯復(fù)合物(GO-Fe3O4-DOX)的傅里葉變換紅外光譜圖。
[0033]圖4為美國LakeShore公司的VSM7407型振動(dòng)樣品磁強(qiáng)計(jì)所測(cè)的不同HVf的磁性氧化石墨烯復(fù)合物的磁滯回線圖，其插圖為磁分離效果圖。
[0034]圖5為日本Shimadzu公司的UV-2501PC型紫外可見分光光度計(jì)所測(cè)的HVf= 1:2的磁性氧化石墨烯復(fù)合物對(duì)阿霉素(DOX)的吸附動(dòng)力學(xué)曲線。
[0035]圖6為日本Shimadzu公司的UV-2501PC型紫外可見分光光度計(jì)所測(cè)的nvF= 1:4的磁性氧化石墨烯復(fù)合物在不同pH下對(duì)阿霉素(DOX)的負(fù)載量圖。
[0036]圖7為日本Shimadzu公司的UV-2501PC型紫外可見分光光度計(jì)所測(cè)的Iivf= 1:6的磁性氧化石墨烯復(fù)合物在不同溫度下對(duì)阿霉素(DOX)的負(fù)載量圖。