本發(fā)明屬于高分子材料技術(shù)領(lǐng)域，涉及了一種對近紅外光、溫度、ph和還原四重響應性納米復合物的制備及其應用。

背景技術(shù)：

近年來，各種各樣的納米載體用于控制釋放取得了長足的發(fā)展，尤其是介孔二氧化硅。以介孔二氧化硅為載體用于客體分子的釋放具有生物相容性好、表面易于修飾、裝載量大等優(yōu)點，但是單純的介孔二氧化硅材料無法滿足客體分子釋放的可控性要求，以及存在裝載客體分子提前泄露的問題。

另外，目前用于控制釋放的納米載體大多數(shù)都是單響應的，如對ph，溫度，光，還原劑等敏感，而面對復雜多變的環(huán)境，單一刺激響應的納米載體，已經(jīng)無法滿足現(xiàn)實需要，限制了其應用，而多重刺激響應的納米載體能夠更好、更多的發(fā)揮控制釋放的作用。

刺激響應性的納米復合物在藥物的控制釋放領(lǐng)域中有很好的應用。由于生物體內(nèi)復雜的環(huán)境，ph刺激響應的納米載體已經(jīng)得到了廣泛地研究。二硫鍵是一個維持蛋白質(zhì)三維網(wǎng)格結(jié)構(gòu)重要的共價鍵，當還原劑(谷胱甘肽或者二硫蘇糖醇)存在時能發(fā)生降解，一般情況下癌細胞呈現(xiàn)出還原性，所以用二硫鍵作為連結(jié)劑得到大量研究。相對來說，近紅外光響應的納米載體報道的比較少，因其很好的時空性，生物相容性從而可以更精確的實現(xiàn)藥物控制釋放。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

為了解決上述問題，本發(fā)明提供了一種具有近紅外光、溫度、ph和還原響應的四重響應性的納米復合物的制備方法及應用。

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下：

一種四重響應性納米復合物，所述納米復合物是以還原斷裂的二硫鍵作為連接點，通過原子轉(zhuǎn)移自由基聚合反應在還原氧化石墨烯-介孔二氧化硅復合物表面聚合甲基丙烯酸二甲氨基乙酯。

四重響應性納米復合物的優(yōu)選技術(shù)方案為，所述納米復合物是以還原氧化石墨烯鑲嵌進介孔二氧化硅中形成具有三明治結(jié)構(gòu)的納米載體rgo@msio2，以還原斷裂的雙二硫醚作為rgo@msio2和溫度、ph敏感的聚甲基丙烯酸二甲氨基乙酯(pdmaema)之間的連結(jié)劑，得到具有四重響應的聚合物包裹rgo@msio2的納米復合物。

四重響應性納米復合物的優(yōu)選技術(shù)方案為，所述四重響應的聚合物包裹rgo@msio2的納米復合物具有如下結(jié)構(gòu)式：

四重響應性納米復合物的優(yōu)選技術(shù)方案為，所述還原氧化石墨烯-介孔二氧化硅復合物是將氧化石墨烯在堿水中還原，以十六烷基三甲基溴化銨為模板，通過正硅酸乙酯的水解形成化石墨烯-介孔二氧化硅復合物。

本發(fā)明還涉及此四重響應性納米復合物的制備方法，具體步驟如下：

1)制備還原氧化石墨烯-介孔二氧化硅復合物：將40～60毫克氧化石墨烯在500～700w功率的超聲機中超聲2～3h進行打碎；破碎的氧化石墨烯分散在ph＝11～12的堿水中，75～85℃油浴攪拌12h進行還原，然后加入1.5～2.0克的十六烷基三甲基溴化銨并調(diào)節(jié)ph＝11.8～12攪拌30分鐘，最后加入850～900微升正硅酸乙酯在75～85℃油浴繼續(xù)攪拌24h，離心后即得到還原氧化石墨烯-介孔二氧化硅復合物；

2)復合物的表面功能化：將步驟1)得到的230～270毫克復合物分散到甲苯中，在75～85℃油浴下攪拌30分鐘，然后滴加2～3毫升異氰酸丙基三乙氧基硅烷回流24小時，離心、清洗、真空干燥；將得到的產(chǎn)物分散到25～30毫升n,n-二甲基甲酰胺中，然后滴加雙(2-羥基乙基)二硫醚，在75～85℃下油浴攪拌24～36小時，離心、清洗、真空干燥；將上述產(chǎn)物重新分散到20毫升無水四氫呋喃中，冰浴，待溫度冷卻到0℃時，加入0.8～0.9毫升的三乙胺和2-溴-2-甲基丙酰溴，0℃反應2～3小時后，再轉(zhuǎn)移到室溫下反應24～36小時，其中異氰酸丙基三乙氧基硅烷、雙(2-羥基乙基)二硫醚和2-溴-2-甲基丙酰溴的摩爾比為1:1:1～2；

3)去除模板：將步驟2得到的產(chǎn)物重新分散到0.6wt％硝酸銨的乙醇溶液中，70～80℃回流2～3小時，重復此步驟3次后離心、清洗、真空干燥后備用；

4)將步驟3)得到的表面功能化的230～270毫克還原氧化石墨烯-介孔二氧化硅復合物、6～6.8毫升甲基丙烯酸二甲氨基乙酯和25～28毫克溴化亞銅，分散到干燥的12毫升n,n-二甲基甲酰胺中，置于舒?zhèn)惪藷恐?，用注射器?2～57微升三(2-二甲氨基乙基)胺注射到舒?zhèn)惪藷恐?，“冷?抽氣-解凍”五至八次循環(huán)后在溫度為75～85℃油浴中反應48～60小時，然后離心、清洗、真空干燥后，得到三重響應性納米復合物，其中溴化亞銅、三(2-二甲氨基乙基)胺和甲基丙烯酸二甲氨基乙酯的摩爾比為1:1:175～200。

所述納米復合物制備方法的優(yōu)選技術(shù)方案為，所述步驟1)中，氧化石墨烯的制備方法為改進的hummer’s法：1克的天然石墨片與60克的氯化鈉混合在研體中磨碎，再與1～2升水混合待氯化鈉溶解后抽濾，將得到的石墨在80～90℃真空干燥過夜；干燥的石墨片與23毫升的98％的h2so2混合室溫下攪拌8～12小時，在冰浴條件下緩慢加入3克的高錳酸鉀，再在38～42℃油浴中攪拌30分鐘，加熱到70～80℃保溫45分鐘，然后加入3毫升的去離子水，再加熱到100～105℃保溫5分鐘后加入3毫升去離子水，保溫5分鐘后加入40毫升的去離子水，維持溫度在100～105℃，15分鐘后加入140毫升去離子水和10毫升30％的h2o2終止反應。離心后得到氧化石墨烯。

本發(fā)明還涉及此四重響應性納米復合物的應用，將納米復合物分散在去離子水中，濃度為3～6mg/ml，同時加入50毫克水溶性的客體分子，用磁力攪拌器攪拌24小時，待裝載過程結(jié)束后，用截留分子量3500的透析袋進行透析48～60小時去除大部分未裝載進去的客體分子，然后多次離心直到離心出來的上清液沒有熒光為止，冷凍干燥，得到裝載客體分子的納米復合物。

所述四重響應性納米復合物應用的優(yōu)選技術(shù)方案為，所述客體分子為羅丹明b。

所述四重響應性納米復合物應用的優(yōu)選技術(shù)方案為，所述客體分子對近紅外光、溫度、ph和還原四重響應釋放可控。

所述四重響應性納米復合物應用的優(yōu)選技術(shù)方案為，所述藥物釋放可控的客體分子中加入還原劑二硫蘇糖醇，使裝載的小分子從納米復合物中釋放出來。

所述四重響應性納米復合物應用的優(yōu)選技術(shù)方案為，藥物釋放可控的客體分子在近紅外光照射下，還原的氧化石墨烯產(chǎn)生的熱能使溫度響應的聚合物收縮打開孔道，客體分子釋放。

上述四重響應的納米復合物的制備方法，其具體制備路線如下所示：

1)rgo@msio2的納米載體的制備

2)聚合物rgo@msio2表面功能化及聚合物的接枝

本發(fā)明將具有近紅外光熱效應的還原氧化石墨烯“鑲嵌”進介孔二氧化硅中形成具有三明治結(jié)構(gòu)的納米載體(rgo@msio2)，再以還原斷裂的雙(2-羥基乙基)二硫醚作為rgo@msio2和具有溫度、ph響應的聚甲基丙烯酸二甲氨基乙酯(pdmaema)之間的連結(jié)劑，得到具有四重響應的聚合物包裹rgo@msio2的納米復合物，這種納米復合物裝載客體分子后可以用于控制釋放。

本發(fā)明的有益之處在于：本發(fā)明制備出來的納米復合物具有近紅外光、溫度、ph和還原四重刺激響應。在近紅外光照射下，還原的氧化石墨烯產(chǎn)生的熱能使溫度響應的聚合物收縮打開孔道，同時熱加快分子擴散速度促進裝載的客體分子釋放。通過外部加熱同樣可以使溫度響應的聚合物收縮打開孔道，同時熱加快分子擴散速度促進裝載的客體分子釋放。在酸性的條件下，聚合物質(zhì)子化帶正電覆蓋在帶負電的還原氧化石墨烯-介孔二氧化硅復合物抑制了客體分子的釋放；相反，堿性條件下，去質(zhì)子化的聚合物與介孔二氧化硅分離，促進了釋放；還原劑的加入使得二硫鍵斷裂，聚合物pdmaema脫落打開孔道促進了裝載的客體分子的釋放。本發(fā)明在藥物控制釋放等領(lǐng)域有著廣泛地應用。

附圖說明

圖1為制備的rgo@msio2的透射電子顯微鏡形貌圖；

圖2為制備的rgo@msio2的氮氣吸附與解吸附圖及介孔孔徑大小分布圖；

圖3為制備的納米復合物的x射線光電子能譜圖；

圖4為納米復合物的紅外光譜圖，a為go、b為rgo@msio2、c為rgo@msio2-ss-br、d為rgo@msio2-ss-p；

圖5為納米復合物的熱失重分析圖，a為rgo@msio2、b為rgo@msio2-ss-p；

圖6為制備的氧化石墨烯基材料(0.5mgml^-1)的近紅外光(3wcm²)誘導的溫度變化圖；

圖7為實施例1中裝載在納米復合物中的羅丹明b在ph或溫度的刺激下的釋放量曲線；

圖8為實施例1中裝載在納米復合物中的羅丹明b在不同濃度的還原劑的刺激下釋放量曲線；

圖9為實施例1中裝載在納米復合物中的羅丹明b用近紅外光(3wcm²)在特定時間點照10分鐘的釋放量曲線；

圖10為實施例1中裝載在納米復合物中的羅丹明b在四重刺激聯(lián)合作用下的釋放量曲線。

具體實施方式

實施例1

一種四重響應性納米復合物的制備方法如下：

步驟1.制備還原氧化石墨烯-介孔二氧化硅復合物：采用改進的hummer’s法制備氧化石墨烯：1克的天然石墨片與60克的氯化鈉混合在研體中磨碎，再與1～2升水混合待氯化鈉溶解后抽濾，將得到的石墨在80～90℃真空干燥過夜；干燥的石墨片與23毫升的98％的h2so2混合室溫下攪拌8～12小時，在冰浴條件下緩慢加入3克的高錳酸鉀，再在38～42℃油浴中攪拌30分鐘，加熱到70～80℃保溫45分鐘，然后加入3毫升的去離子水，再加熱到100～105℃保溫5分鐘后加入3毫升去離子水，保溫5分鐘后加入40毫升的去離子水，維持溫度在100～105℃，15分鐘后加入140毫升去離子水和10毫升30％的h2o2終止反應。離心后得到氧化石墨烯；將得到的氧化石墨烯在500w功率的超聲機中超聲3h進行打碎；將50mg破碎的氧化石墨烯分散在90毫升ph＝12的堿水中，80℃油浴攪拌12h進行還原，然后加入1.8克的十六烷基三甲基溴化銨并調(diào)節(jié)ph＝12攪拌30分鐘，最后加入900微升的正硅酸乙酯80℃油浴繼續(xù)攪拌24小時，離心后即得到還原氧化石墨烯-介孔二氧化硅復合物；

步驟2.還原氧化石墨烯-介孔二氧化硅復合物的表面功能化：將步驟1得到的250毫克的復合物分散到50毫升的甲苯中80℃油浴下攪拌30分鐘，然后滴加2.5毫升的異氰酸丙基三乙氧基硅烷回流24小時，離心、清洗、真空干燥；然后為了引入還原響應的二硫鍵，將得到的產(chǎn)物分散到30毫升的n,n-二甲基甲酰胺中，然后滴加3毫升的雙(2-羥基乙基)二硫醚80℃下油浴攪拌24小時，離心、清洗、真空干燥；最后引入原子轉(zhuǎn)移自由基聚合反應的引發(fā)劑，將產(chǎn)物重新分散到20毫升的無水四氫呋喃中冰浴，待溫度冷卻到0℃時，加入0.85毫升的三乙胺和2.5毫升的2-溴-2-甲基丙酰溴，0℃反應2小時后，再轉(zhuǎn)移到室溫下反應24小時；

步驟3.去除模板：將步驟2得到的產(chǎn)物重新分散到0.6wt％硝酸銨的乙醇溶液中，70℃回流3小時，重復此步驟3次后離心、清洗、真空干燥后備用；

步驟4.將步驟3得到的表面功能化的還原氧化石墨烯-介孔二氧化硅復合物(250毫克)、甲基丙烯酸二甲氨基乙酯(6毫升)和溴化亞銅(28毫克)分散在12毫升的n,n-二甲基甲酰胺中，置于舒?zhèn)惪藷恐?，用注射器?5微升的三(2-二甲氨基乙基)胺注射到舒?zhèn)惪藷恐校袄鋬?抽氣-解凍”五至八次循環(huán)后再溫度為75℃油浴中反應48小時，然后離心、清洗、真空干燥后得到四重響應性納米復合物。

客體分子羅丹明b的裝載過程：將納米復合物分散在去離子水中，濃度為5mg/ml，同時加入50毫克水溶性的羅丹明b，用磁力攪拌器攪拌24小時，待裝載過程結(jié)束后，用截留分子量3500的透析袋進行透析60小時去除大部分未裝載進去的客體分子，然后多次離心直到離心出來的上清液沒有熒光為止，冷凍干燥，得到裝載客體分子的納米復合物。

上述裝載客體分子的納米復合物控制釋放過程為：ph響應的釋放操作為，將2毫克的上述裝載羅丹明b的納米復合物分散到2毫升的不同ph值的緩沖溶液中，然后裝進截留分子量為3500的透析袋中置于裝有30毫升的相應ph值的緩沖溶液小燒杯中，每隔一定的時間取出2毫升再加入2毫升新鮮的緩沖溶液，測定取出溶液的紫外吸收光譜來確定羅丹明的累計釋放量。還原響應的釋放操作與ph響應的釋放操作類似，不同的是將還原劑加入到緩沖溶液中；溫度響應的釋放操作與ph響應的釋放操作類似，不同的是將小燒杯放置在不同的溫度中保溫。近紅外光響應的釋放操作也類似，但是裝載客體分子的納米復合物的濃度為0.5毫克/毫升，并且在釋放過程中在第4小時和第9小時取出透析袋中的液體用近紅外光照射10分鐘再放回透析袋中繼續(xù)釋放。

實施例2

步驟1.制備還原氧化石墨烯-介孔二氧化硅復合物：采用改進的hummer’s法制備氧化石墨烯，將得到的氧化石墨烯在600w功率的超聲機中超聲2h進行打碎；將60mg破碎的氧化石墨烯分散在100毫升ph＝11的堿水中，85℃油浴攪拌12h進行還原，然后加入2.0克的十六烷基三甲基溴化銨并調(diào)節(jié)ph＝11.8攪拌30分鐘，最后加入850微升的正硅酸乙酯85℃油浴繼續(xù)攪拌24小時，離心后即得到還原氧化石墨烯-介孔二氧化硅復合物。

步驟2.還原氧化石墨烯-介孔二氧化硅復合物的表面功能化：將步驟1得到的270毫克的復合物分散到50毫升的甲苯中85℃油浴下攪拌30分鐘，然后滴加3.0毫升的異氰酸丙基三乙氧基硅烷回流24小時，離心、清洗、真空干燥；然后為了引入還原響應的二硫鍵，將得到的產(chǎn)物分散到25毫升的n,n-二甲基甲酰胺中，然后滴加3毫升的雙(2-羥基乙基)二硫醚85℃下油浴攪拌24小時，離心、清洗、真空干燥；最后引入原子轉(zhuǎn)移自由基聚合反應的引發(fā)劑，將產(chǎn)物重新分散到20毫升的無水四氫呋喃中冰浴，待溫度冷卻到0℃時，加入0.9毫升的三乙胺和2.5毫升的2-溴-2-甲基丙酰溴，0℃反應2小時后，再轉(zhuǎn)移到室溫下反應24小時；

步驟3.去除模板：將步驟2得到的產(chǎn)物重新分散到0.6％(wt)硝酸銨的乙醇溶液中，80℃回流3小時，重復此步驟3次后離心、清洗、真空干燥后備用；

步驟4.將步驟3得到的表面功能化的還原氧化石墨烯-介孔二氧化硅復合物(270毫克)、甲基丙烯酸二甲氨基乙酯(6.8毫升)和溴化亞銅(25毫克)分散在12毫升的n,n-二甲基甲酰胺中，置于舒?zhèn)惪藷恐?，用注射器?7微升的三(2-二甲氨基乙基)胺注射到舒?zhèn)惪藷恐校袄鋬?抽氣-解凍”五至八次循環(huán)后再溫度為85℃油浴中反應60小時，然后離心、清洗、真空干燥得到四重響應性納米復合物。

客體分子羅丹明b的裝載過程：將納米復合物分散在去離子水中，濃度為5mg/ml，同時加入50毫克水溶性的羅丹明b，用磁力攪拌器攪拌24小時，待裝載過程結(jié)束后，用截留分子量3500的透析袋進行透析48小時去除大部分未裝載進去的客體分子，然后多次離心直到離心出來的上清液沒有熒光為止，冷凍干燥，得到藥物釋放可控的客體分子。

上述裝載客體分子的納米復合物控制釋放過程為：ph響應的釋放操作為，將2毫克的上述裝載羅丹明b的納米復合物分散到2毫升的不同ph值的緩沖溶液中，然后裝進截留分子量為3500的透析袋中置于裝有30毫升的相應ph值的緩沖溶液小燒杯中，每隔一定的時間取出2毫升再加入2毫升新鮮的緩沖溶液，測定取出溶液的紫外吸收光譜來確定羅丹明的累計釋放量。還原響應的釋放操作與ph響應的釋放操作類似，不同的是將還原劑加入到緩沖溶液中；溫度響應的釋放操作與ph響應的釋放操作類似，不同的是將小燒杯放置在不同的溫度中保溫。近紅外光響應的釋放操作也類似，但是裝載客體分子的納米復合物的濃度為0.5毫克/毫升，并且在釋放過程中在第4小時和第9小時取出透析袋中的液體用近紅外光照射10分鐘再放回透析袋中繼續(xù)釋放。