一種溫敏聚合物@氧化石墨烯膠囊藥物載體及其製備方法和應用與流程
2023-05-20 00:33:11 1
本發明屬於高分子材料和生物醫學工程領域，具體涉及一種溫敏聚合物@氧化石墨烯膠囊藥物載體及其製備方法和應用。
背景技術：
近年來隨著智能高分子材料的發展和市場需求的提高，雙重或者多重響應性的智能高分子材料的研究開發成為重要發展方向。智能高分子是一類能夠對環境微小刺激做出敏感響應的功能高分子材料，對特定的刺激信號產生響應，並導致其自身的物理和化學性質發生變化。由於聚合物具有突出的穩定性和良好的生物相容性，響應性聚合物在生物材料方面應用越來越廣泛，常用於作為藥物、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。在各種聚合物結構中，空心聚合物納米膠囊由於其內部的空心結構，可實現對藥物的無損害包埋，並且極大提高了藥物的負載量，在藥物負載和傳輸方面具有很好的應用。
溫敏性智能高分子發生相轉變的前提條件是溫度改變。最常用刺激溫敏聚合物響應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。由於光的強度和波長更易於調控，因此，具有光致發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現的二維碳材料，其中氧化石墨烯(GO)表面富含親水性官能團，利於改性，在合成生物納米複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的近紅外吸收，利用近紅外(NIR)光照射，GO吸收近紅外光產生的熱量用於光熱治療。
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雙重響應性的聚合物囊泡，在超聲作用下，囊泡結構發生改變，使包覆的藥物迅速釋放，而體內不同部位pH值的變化可觸發pH響應鏈段作出響應，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)公開了一種負載藥物可生物降解的聚合物，但是該材料對藥物的負載量不高。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響應能力並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定性差，易水解。
綜上所述，目前國內外對於聚合物藥物載體材料的研究與探討大多停留在單體調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導。
技術實現要素：
本發明針對現有技術的不足，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而且對生物體內存在的生物分子穀胱甘肽做出響應，使得該膠囊藥物載體解離成小片層的聚合物鏈，使其易於排出體外，減少膠囊藥物載體在生物體內毒性的累積。
本發明還提供了該溫敏聚合物@氧化石墨烯膠囊藥物載體的製備方法。
本發明還提供了該溫敏聚合物@氧化石墨烯膠囊藥物載體的應用。
本發明的目的是通過如下技術方案實現的：
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矽球為模板，通過可逆加成-斷裂鏈轉移自由基聚合(簡稱為RAFT聚合)製備空心交聯聚合物膠囊，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製備方法，是由以下步驟製備得到的：
1)苯基-三甲氧矽烷基三硫代碳酸酯的製備：取1.6g甲醇鈉和4.86g無水甲醇倒入三口燒瓶中，在氮氣保護下逐滴加入溶有6.2g3-巰丙基三甲氧基矽烷的甲醇溶液，室溫反應0.5h後，逐滴加入3.05gCS2，室溫下繼續反應5h，再將5.24g苄基溴加至上述溶液中，氮氣保護下繼續攪拌12h，反應結束後，旋蒸除去甲醇，然後用二氯甲烷萃取，過濾，減壓蒸餾除去二氯甲烷，然後放入真空乾燥箱內乾燥，得苯基-三甲氧矽烷基三硫代碳酸酯(簡稱為BTPT)；
所述甲醇溶液的體積為50mL；
2)苯基-三甲氧矽烷基三硫代碳酸酯接枝的SiO2顆粒的製備：將1-2gSiO2均勻分散至乾燥的甲苯中；然後將相同質量的苯基-三甲氧矽烷基三硫代碳酸酯加至上述溶液中，回流48h，將反應產物用乾燥的甲苯清洗3-5次，在8000轉/分條件下離心5min後放入50-70℃的烘箱中乾燥3-5h，製得苯基-三甲氧矽烷基三硫代碳酸酯接枝的SiO2顆粒(簡稱為SiO2-BTPT)；
3)二氧化矽/共聚物顆粒的製備：取0.1-0.5g苯基-三甲氧矽烷基三硫代碳酸酯接枝的SiO2顆粒、0.2-1.0gN-異丙基丙烯醯胺、20-100mg丙烯醯胺、5-50mg交聯劑N,N』-雙(丙烯醯)胱胺和1-10mg偶氮二異丁腈加至50-150mL的四氫呋喃中，除氧後在-65℃條件下聚合12-24h，然後在10,000轉/分條件下離心10min，四氫呋喃洗滌4次，離心，所得固體產物在真空乾燥箱內乾燥6-12h，製得二氧化矽/共聚物顆粒；
4)空心溫敏聚合物膠囊的製備：取0.2-1.0g二氧化矽/共聚物顆粒均勻分散至5-20mL去離子水中，然後向其中緩慢加入0.2-1mL氫氟酸溶液，室溫反應4h，反應液加入到截留分子量為8,000的透析袋中透析2-3天，冷凍乾燥12-24h，製得空心溫敏聚合物膠囊；
5)氧化石墨烯溶液的製備：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，冷凍乾燥得到氧化石墨烯粉末，配製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製備：取1-4mg鹽酸阿黴素(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黴素上清液，將沉澱重新分散在去離子水中，得鹽酸阿黴素負載的聚合物膠囊溶液；然後將0.05-2mg/mL氧化石墨烯溶液逐滴加至鹽酸阿黴素負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用，溫敏聚合物@氧化石墨烯膠囊藥物載體在製備包裹癌症治療藥物載體中的應用。
本發明的有益效果：
1.與現有技術相比，本發明利用氧化石墨烯將近紅外光能轉化為熱能的特性，將其作為溫敏聚合物調控溫度的熱源，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釋放，提高藥物的負載效率。
2.本發明的溫敏聚合物@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可控的藥物緩釋；不僅對人體生理溫度可做出敏感響應，而且對生物體內存在的生物分子穀胱甘肽做出響應，使得該膠囊藥物載體解離成小片層的聚合物鏈，使其易於排出體外，減少膠囊藥物載體在生物體內毒性的累積。
3.本發明的製備方法簡單可控，重複性好，穩定性強，操作方便，成本低，環境友好。
4.本發明製備的溫敏聚合物@氧化石墨烯膠囊藥物載體是用於光熱-化學癌症治療的理想材料。
附圖說明
圖1為本發明的溫敏聚合物@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；B為溫敏聚合物@氧化石墨烯膠囊藥物載體中鹽酸阿黴素的釋放情況。
圖中：組1為不使用近紅外雷射器照射的分散液，組2為使用波長為808nm的近紅外雷射照射的分散液，組3為加入穀胱甘肽10mM的分散液。
具體實施方式
下面通過實施例並結合附圖對本發明作進一步說明。
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矽球為模板，通過可逆加成-斷裂鏈轉移自由基聚合製備空心交聯聚合物膠囊，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製備方法，是由以下步驟製備得到的：
1)苯基-三甲氧矽烷基三硫代碳酸酯的製備：取1.6g甲醇鈉和4.86g無水甲醇倒入三口燒瓶中，在氮氣保護下逐滴加入溶有6.2g3-巰丙基三甲氧基矽烷的甲醇溶液，室溫反應0.5h後，逐滴加入3.05gCS2，室溫下繼續反應5h，再將5.24g苄基溴加至上述溶液中，氮氣保護下繼續攪拌12h，反應結束後，旋蒸除去甲醇，然後用二氯甲烷萃取，過濾，減壓蒸餾除去二氯甲烷，然後放入真空乾燥箱內乾燥，得苯基-三甲氧矽烷基三硫代碳酸酯；
所述甲醇溶液的體積為50mL；
2)苯基-三甲氧矽烷基三硫代碳酸酯接枝的SiO2顆粒的製備：將1gSiO2均勻分散至乾燥的甲苯中；然後將相同質量的苯基-三甲氧矽烷基三硫代碳酸酯加至上述溶液中，回流48h，將反應產物用乾燥的甲苯清洗5次，在8000轉/分條件下離心5min後放入50℃的烘箱中乾燥5h，製得苯基-三甲氧矽烷基三硫代碳酸酯接枝的SiO2顆粒；
3)二氧化矽/共聚物顆粒的製備：取0.1g苯基-三甲氧矽烷基三硫代碳酸酯接枝的SiO2顆粒、1.0gN-異丙基丙烯醯胺、20mg丙烯醯胺、50mg交聯劑N,N』-雙(丙烯醯)胱胺和1mg偶氮二異丁腈加至50mL的四氫呋喃中，除氧後在-65℃條件下聚合24h，然後在10,000轉/分條件下離心10min，四氫呋喃洗滌4次，離心，所得固體產物在真空乾燥箱內乾燥6h，製得二氧化矽/共聚物顆粒；
4)空心溫敏聚合物膠囊的製備：取0.2g二氧化矽/共聚物顆粒均勻分散至20mL去離子水中，然後向其中緩慢加入0.2mL氫氟酸溶液，室溫反應4h，反應液加入到截留分子量為8,000的透析袋中透析3天，冷凍乾燥12h，製得空心溫敏聚合物膠囊，如圖2中A所示；
5)氧化石墨烯溶液的製備：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，冷凍乾燥得到氧化石墨烯粉末，配製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製備：取1mg鹽酸阿黴素和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黴素上清液，將沉澱重新分散在去離子水中，得鹽酸阿黴素負載的聚合物膠囊溶液；然後將0.05mg/mL氧化石墨烯溶液逐滴加至鹽酸阿黴素負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用，溫敏聚合物@氧化石墨烯膠囊藥物載體在製備包裹癌症治療藥物載體中的應用。
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矽球為模板，通過可逆加成-斷裂鏈轉移自由基聚合製備空心交聯聚合物膠囊，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製備方法，是由以下步驟製備得到的：
1)苯基-三甲氧矽烷基三硫代碳酸酯的製備：取1.6g甲醇鈉和4.86g無水甲醇倒入三口燒瓶中，在氮氣保護下逐滴加入溶有6.2g3-巰丙基三甲氧基矽烷的甲醇溶液，室溫反應0.5h後，逐滴加入3.05gCS2，室溫下繼續反應5h，再將5.24g苄基溴加至上述溶液中，氮氣保護下繼續攪拌12h，反應結束後，旋蒸除去甲醇，然後用二氯甲烷萃取，過濾，減壓蒸餾除去二氯甲烷，然後放入真空乾燥箱內乾燥，得苯基-三甲氧矽烷基三硫代碳酸酯；
所述甲醇溶液的體積為50mL；
2)苯基-三甲氧矽烷基三硫代碳酸酯接枝的SiO2顆粒的製備：將2gSiO2均勻分散至乾燥的甲苯中；然後將相同質量的苯基-三甲氧矽烷基三硫代碳酸酯加至上述溶液中，回流48h，將反應產物用乾燥的甲苯清洗3次，在8000轉/分條件下離心5min後放入70℃的烘箱中乾燥3h，製得苯基-三甲氧矽烷基三硫代碳酸酯接枝的SiO2顆粒；
3)二氧化矽/共聚物顆粒的製備：取0.5g苯基-三甲氧矽烷基三硫代碳酸酯接枝的SiO2顆粒、0.2gN-異丙基丙烯醯胺、100mg丙烯醯胺、5mg交聯劑N,N』-雙(丙烯醯)胱胺和10mg偶氮二異丁腈加至150mL的四氫呋喃中，除氧後在-65℃條件下聚合12h，然後在10,000轉/分條件下離心10min，四氫呋喃洗滌4次，離心，所得固體產物在真空乾燥箱內乾燥12h，製得二氧化矽/共聚物顆粒；
4)空心溫敏聚合物膠囊的製備：取1.0g二氧化矽/共聚物顆粒均勻分散至5mL去離子水中，然後向其中緩慢加入1mL氫氟酸溶液，室溫反應4h，反應液加入到截留分子量為8,000的透析袋中透析2天，冷凍乾燥24h，製得空心溫敏聚合物膠囊；
5)氧化石墨烯溶液的製備：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，冷凍乾燥得到氧化石墨烯粉末，配製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製備：取4mg鹽酸阿黴素和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黴素上清液，將沉澱重新分散在去離子水中，得鹽酸阿黴素負載的聚合物膠囊溶液；然後將2mg/mL氧化石墨烯溶液逐滴加至鹽酸阿黴素負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用，溫敏聚合物@氧化石墨烯膠囊藥物載體在製備包裹癌症治療藥物載體中的應用。
光熱效應及藥物釋放實驗
配製濃度為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的近紅外雷射照射水分散液，每隔30s記錄下分散液的溫度。如圖3中A所示：近紅外雷射器功率越大，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雷射器的功率強度有關。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黴素釋放情況也做了研究，如圖3中B所示：與組1(不使用近紅外雷射器照射的分散液)相比，組2(使用波長為808nm的近紅外雷射照射的分散液)中鹽酸阿黴素釋放更快，而組3(加入穀胱甘肽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，而且對穀胱甘肽分子也有響應。
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行了仔細的研究和比較，發現本發明膠囊藥物載體不僅具有良好的光熱特性，而且還對溫度、光以及穀胱甘肽分子都有響應，實現可控的藥物釋放。另外，由圖1可以看出，穀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，利於排出體外，減少其在體內積累的毒性。