一种Fe₃O₄@SiO₂蛋黄-蛋壳结构中空复合微球的制备方法及应用

一种Fe₃O₄@SiO₂蛋黄-蛋壳结构中空复合微球的制备方法及应用
【专利摘要】本发明首先采用溶剂热法制备Fe2O3纳米粒子，结合模板法和水热法，在不加入任何表面活性剂的条件下，以TEOS为硅源，在温和的条件下制备出形貌可控的Fe3O4@SiO2蛋黄?蛋壳结构中空复合微球，用浓度的盐酸腐蚀Fe2O3@SiO2复合微球得到Fe2O3@ SiO2蛋黄?蛋壳结构中空复合微球，再经还原后制得具有超顺磁性Fe3O4@SiO2蛋黄?蛋壳结构中空复合微球。所制得的Fe3O4@SiO2蛋黄?蛋壳结构中空复合微球比表面积为173m2/g，载药量为139mg/g，以盐酸阿霉素为药物模型，在pH为7.4的PBS缓冲溶液中72h内药物的释放率最高达到68.4%，表现出良好的药物缓释性能。
【专利说明】
一种Fe3〇4@Si〇2蛋黄-蛋壳结构中空复合微球的制备方法及 应用
技术领域
[0001]本发明属于生物医学材料领域，尤其涉及一种Fe304@Si02蛋黄-蛋壳结构中空复合 微球的制备方法及应用。
【背景技术】
[0002] 近年来，随着医药技术的不断发展，药物缓控释制剂逐渐成为了制剂学研究的重 点，而药物缓控释技术的关键是药物载体的选择。到目前为止，应用较为广泛的载体材料包 括高分子载体、嵌状聚合物胶束载体、树状大分子载体、脂质体载体和无机物载体。无机纳 米材料，如介孔材料、纳米管、中空微球等由于具有化学稳定性好、粒子形态和大小可控、表 面及孔道易于修饰，还有其独特的光学、磁学和电学等性能而逐渐成为药物缓控释领域研 究的研究热点。
[0003] 中空微球是一种具有特殊结构的核壳材料，它内部的空腔可容纳大量的药物分 子，多孔壳层可作为药物释放的通道，因而被认为是药物缓控释领域最具有应用潜力的材 料。它最大的优点是比表面积大，可通过调节壳层厚度、孔径、孔形貌和表面改性等手段来 改善药物的负载率及缓释性能。包埋了具有磁学、光学性质材料的中空微球更是在靶向治 疗、磁控释放领域引起了高度重视。
[0004] 磁性纳米材料具有超顺磁性和较高的磁饱和强度，因此在磁共振成像、靶向药物 和磁靶向热疗等生物医学领域都表现出很大的应用前景。目前，磁性载体粒子研究最多的 是磁性微球，但微球的粒径和承载能力是影响其实际应用的两大主要问题。众所周知，载体 粒径只有达到纳米级才能有效地避免巨噬细胞的吞噬，维持在体内的长循环。另一方面由 于磁性微粒本身具有磁性，易于团聚，不利于磁性粒子在体内的分布。现在，减少团聚的普 遍做法是加入表面活性剂，但这种做法不仅改变了粒子的表面性质，影响其承载能力，而且 由于表面活性剂的存在使其生物相容性降低。
[0005] 二氧化硅对磁性纳米材料进行表面修饰时，不仅可以保护磁性核不被氧化或者腐 蚀，而且也将内核磁性纳米粒子与表面修饰的其它功能化分子隔开，避免了功能修饰层与 磁性纳米粒子之间的相互影响。另外，可以屏蔽磁性纳米粒子之间的偶极相互作用，阻止粒 子发生团聚，提高核壳粒子在水中的悬浮特性和生物相容性。Stober法和溶胶凝胶法是二 氧化硅修饰Fe 304纳米粒子的常用方法，壳层厚度可以用TE0S和H20的比例调节，为制备高质 量的磁性微球提供了保证，这又为磁性微球的表面生物修饰和硅球在生物医学中的应用提 供了重要保障。
[0006] 因此，设计一种形貌可控、稳定性高、生物相容性好，承载能力高，缓释性能显著且 具有靶向运输作用的载体材料在治疗肿瘤等重大疾病领域上将具有非常重要的意义。

【发明内容】

[0007] 本发明的目的在提供一种稳定性高、生物相容性好，承载能力高，缓释性能显著且 具有靶向运输作用的Fe3〇4@Si02蛋黄-蛋壳结构中空复合微球的制备方法及应用。
[0008] 为实现上述目的，本发明采用的技术方案是，一种Fe3〇4@Si02蛋黄-蛋壳结构中空 复合微球的制备方法，包括以下步骤:①将FeCl 3 · 6H20、尿素、柠檬酸三钠加入到水中搅拌溶 解，之后加入聚丙烯酸钠(分子量为20000~2000000,室温下凝胶状），搅拌均匀后转移到反 应釜中，在170~200°C条件下水热反应3~6h，冷却至室温后，所得橙黄色固体用乙醇洗涤，再 用水洗，然后在55~65°C干燥，得Fe 2〇3纳米微球;②将步骤①制备的Fe2〇3纳米微球按固液比 lg:200ml~lg:350ml分散到10-90vol%的乙醇中，加入TE0S(正硅酸乙酯）的乙醇溶液，20~ 30°C下超声处理2~4h，随后加入氨水，搅拌均匀，室温下反应1~3h，所得固体用乙醇洗涤，再 用水洗，然后在55~65°C下干燥即制得Fe 2〇3@ Si02复合微球;③将步骤②得到的Fe2〇3@ Si02 复合微球分散到盐酸中，搅拌反应6~12h，所得固体离心分离后用乙醇和水洗涤，55~65°C下 干燥即制得Fe2〇 3@ Si02蛋黄-蛋壳结构中空复合微球;④将步骤③得到的Fe2〇3@ Si02蛋黄-蛋壳结构中空复合微球在管式炉350~500 °C下、氢气和氮气体积比为1:8~1:3的混合气下保 持60~120min，然后冷却至室温，乙醇洗涤，再用水洗，磁分离，干燥后即得Fe 3〇4@ Si02蛋黄-蛋壳结构中空复合微球。
[0009] 步骤①中FeCl3'6H20和尿素的质量比为1:1~5:1^6(：1 3'6!120和柠檬酸三钠的质量 比为1:2~l:5，FeCl3.6H 20和水的质量比为1:60~1:30，水和聚丙烯酸钠的质量比为0.75:1~ 3:1〇
[0010] 步骤②中TE0S的乙醇溶液中TE0S的体积分数为0.5~5%; 10-90vol%的乙醇和TE0S 的乙醇溶液的体积比为3:1~5:1; 10-90vol%的乙醇和氨水的体积比为5:1~9:1;氨水的浓度 为6~14.5 mol/L〇
[0011] 所述步骤③中盐酸的浓度为4~12mol/L，Fe2〇3@ Si〇2复合微球与盐酸的固液比 为lg:300ml~lg:500ml。
[0012]所述的Fe3〇4@Si02蛋黄-蛋壳结构中空复合微球作为药物载体的应用:将盐酸阿 霉素溶解在pH=7.4的磷酸缓冲溶液中，然后加入Fe3〇4@Si02蛋黄-蛋壳结构中空复合微球， 室温下搅拌24h，磁分离即得负载盐酸阿霉素的Fe 3〇4@Si〇2蛋黄-蛋壳结构中空复合微球。
[0013] 本发明产生的有益效果是:本发明首先采用溶剂热法制备Fe2〇3纳米粒子，粒径在 200nm左右，经过柠檬酸钠改性后在水溶液中具有良好的单分散性;结合模板法和水热法， 在不加入任何表面活性剂的条件下，以TE0S为硅源，在温和的条件下制备出形貌可控的 Fe3〇4@Si02蛋黄-蛋壳结构中空复合微球，该过程采用超声辅助合成，保障了复合微球的高 度分散性；用一定浓度的盐酸腐蚀Fe 2〇3@Si02复合微球得到Fe2〇3@ Si02蛋黄-蛋壳结构中空 复合微球，再经氢气还原后制得具有超顺磁性Fe3〇4@Si0 2蛋黄-蛋壳结构中空复合微球。以 盐酸阿霉素为药物模型，实现对其载药释药的性能研究。所制得的Fe3〇4@Si0 2蛋黄-蛋壳结 构中空复合微球比表面积为173m2/g，载药量为139mg/g，在pH为7.4的PBS缓冲溶液中72h内 药物的释放率最高达到68.4%，表现出良好的药物缓释性能。
【附图说明】
[0014] 图1为实施例1制备得到的Fe2〇3纳米微球的透射电子显微镜照片； 图2为实施例1制备得到的Fe2〇3@ Si02复合微球透射电子显微镜照片； 图3为实施例1制备得到的Fe2〇3@ Si02蛋黄-蛋壳结构中空复合微球透射电子显微镜照 片； 图4为实施例1制备得到的Fe3〇4@ Si02蛋黄-蛋壳结构中空复合微球透射电子显微镜照 片； 图5为实施例1制备得到的Fe3〇4@ Si02蛋黄-蛋壳结构中空复合微球的XRD图； 图6为实施例1制备得到的Fe3〇4@ Si02蛋黄-蛋壳结构中空复合微球的IR图； 图7为实施例1制备得到的Fe3〇4@ Si02蛋黄-蛋壳结构中空复合微球在pH为7.4的PBS缓 冲溶液中72h内药物的释放曲线图； 图8为实施例2制备得到的Fe3〇4@ Si02蛋黄-蛋壳结构中空复合微球透射电子显微镜照 片； 图9为实施例3制备得到的Fe3〇4@ Si02蛋黄-蛋壳结构中空复合微球透射电子显微镜照 片。
【具体实施方式】
[0015] 为了便于理解本发明，下文将结合说明书附图和较佳的实施例对本发明作更全 面、细致地描述，但本发明的保护范围并不限于以下具体的实施例。
[0016] 实施例1 一种Fe3〇4@Si02蛋黄-蛋壳结构中空复合微球的制备方法，包括以下步骤:①将FeCl 3 · 6H20、尿素、柠檬酸三钠加入到水中搅拌溶解，之后加入聚丙烯酸钠，搅拌均匀后转移到反 应釜中，在190°C条件下水热反应3.5h，冷却至室温后，所得橙黄色固体用乙醇洗涤，再用水 洗，然后在60 °C干燥，得Fe2〇3纳米微球;②将步骤①制备的Fe2〇3纳米微球按固液比1: 250分 散到60vol%的乙醇中，加入TE0S(正硅酸乙酯）的乙醇溶液，25°C下超声处理3h，随后加入氨 水，搅拌3min，室温下反应2h，所得固体用乙醇洗涤，再用水洗，然后在60°C下干燥即制得 Fe2〇3@ Si02复合微球;③将步骤②得到的Fe2〇3@ Si02复合微球分散到盐酸中，搅拌反应8h， 所得固体离心分离后用乙醇和水洗涤后60°C下干燥即制得Fe 2〇3@ Si02蛋黄-蛋壳结构中空 复合微球;④将步骤③得到的Fe2〇3@ Si02蛋黄-蛋壳结构中空复合微球在管式炉500°C下、 氢气和氮气体积比为1:7的混合气下保持120min，然后冷却至室温，乙醇洗涤，再用水洗，磁 分离，干燥后即得Fe 3〇4@ Si02蛋黄-蛋壳结构中空复合微球。
[0017] 步骤①中FeCl3 · 6H20和尿素的质量比为5:1，FeCl3 · 6H20和梓檬酸三钠的质量比为 1:5，FeCl3 · 6H20和水的质量比为1:30，水和聚丙烯酸钠的质量比为0.75:1。
[0018] 步骤②中TE0S的乙醇溶液中TE0S的体积分数为0.5%; 60vo 1%的乙醇和TE0S的乙 醇溶液的体积比为3:1 ;60vol%的乙醇和氨水的体积比为6:1;氨水的浓度为10.5 mol/L。 [0019]所述步骤③中盐酸的浓度为6mol/L，Fe2〇3@ Si02复合微球与盐酸的固液比为 lg:300ml〇
[0020]实施例1制备的Fe2〇3纳米微球的透射电子显微镜照片如图1所示，从图1可以看出， Fe2〇3纳米微球排列规整，尺寸在200nm左右，具有很好的单分散性；实施例1制备得到的 Fe2〇3@ Si02复合微球透射电子显微镜照片如图2所示，从图2可以看出，Si02成功的包覆在 Fe2〇3纳米微球表面，尺寸约为50nm，且包覆过Si02壳层后仍保持良好的单分散性;实施例1 制备得到的Fe 2〇3@ Si02蛋黄-蛋壳结构中空复合微球的透射电子显微镜照片如图3所示，从 图3可以看出，Fe2〇 3@ Si02复合微球经过6mol/L盐酸的腐蚀，Fe2〇3核被部分腐蚀，形成蛋黄- 蛋壳结构中空Fe2〇3@ Si02复合微球，Si02壳层后仍保持其完整性；实施例1制备得到的 Fe3〇4@ Si〇2蛋黄-蛋壳结构中空复合微球透射电子显微镜照片如图4所不，从图4可以看出， 经管式炉煅烧处理，Fe2〇 3@ Si02蛋黄-蛋壳结构中空复合成为具有超顺磁性的Fe3〇4@ Si02 蛋黄-蛋壳结构中空复合微球，对比可知，微球核经煅烧之后变小，空腔变大。
[0021] 药物缓控释性能测试： (1)药物载入 以pH=7.4的磷酸缓冲溶液(PBS)为溶剂，将盐酸阿霉素(D0X)溶解在PBS中，配成一定浓 度的溶液(〇.2mg/mL)，记为D0X-PBS。称取5mg的实施例1制备的Fe3〇4@ Si02蛋黄-蛋壳结构 中空复合微球，加入10mL D0X-PBS溶液，超声使其溶解，然后将容器密封，室温下搅拌24h， 使样品充分吸附药物。最后将样品磁分离，用紫外分光光度计检测上清液在480nm处的吸光 度，用差减法计算单位质量中空微球的载药量，样品60°C干燥，制得的Fe 3〇4@ Si02蛋黄-蛋 壳结构中空复合微球比表面积为173m2/g，载药量为139mg/g。载药量Q e =载上的D0X的质 量/载体样品的质量，可按下面公式计算：
式中C〇-药物起始浓度(mg/mL); Ce-反应完成时的浓度(mg/mL); V -药物溶液的体积(mL); Μ -载体质量(g)。
[0022] (2)药物释放 用pH=7.4的磷酸盐缓冲溶液(PBS)来模拟人体体液进行药物体外释放的研究。将载有 D0X药物的Fe304@ Si02蛋黄-蛋壳结构中空复合微球分散到10mL的roS溶液中，密封后放到 37°C的恒温振荡器中缓慢震荡，每隔2h对溶液进行离心分离，直到释放72h，用紫外分光光 度计检测离心上清液在480nm处的吸光度，然后在反应器中重新补充10mLpH=7.4的磷酸盐 缓冲溶液继续释放。根据标定好的标准曲线计算每段时间间隔释放的药物的质量，进而得 到累积的药物释放率。计算公式如下：
，Mt是t时间缓冲 溶液中所释放出的盐酸阿霉素的质量，M〇是Fe3〇4@ Si〇2蛋黄-蛋壳结构中空复合微球中所 含盐酸阿霉素的质量。由图7可知，在pH为7.4的PBS缓冲溶液中72h内药物的释放率达到 68.4%，表现出良好的药物缓释性能。
[0023] 实施例2 一种Fe304@Si02蛋黄-蛋壳结构中空复合微球的制备方法，包括以下步骤:①将FeCl 3 · 6H20、尿素、柠檬酸三钠加入到水中搅拌溶解，之后加入聚丙烯酸钠，搅拌均匀后转移到反 应釜中，在170°C条件下水热反应3h，冷却至室温后，所得橙黄色固体用乙醇洗涤，再用水 洗，然后在55 °C干燥，得Fe203纳米微球；②将步骤①制备的Fe203纳米微球按固液比lg : 200ml分散到90vo 1%的乙醇中，加入TE0S(正硅酸乙酯）的乙醇溶液，20°C下超声处理4h，随 后加入氨水，搅拌lmin，室温下反应3h，所得固体用乙醇洗涤，再用水洗，然后在65°C下干燥 即制得Fe2〇3@ Si〇2复合微球;③将步骤②得到的Fe2〇3@ Si〇2复合微球分散到盐酸中，搅拌 反应6h，所得固体离心分离后用乙醇和水洗涤，55°C下干燥即制得Fe2〇3@ Si02蛋黄-蛋壳结 构中空复合微球;④将步骤③得到的Fe2〇3@ Si02蛋黄-蛋壳结构中空复合微球在管式炉450 °C下、氢气和氮气体积比为1:8的混合气下保持1 OOmin，然后冷却至室温，乙醇洗涤，再用水 洗，磁分离，干燥后即得Fe3〇4@ Si〇2蛋黄-蛋壳结构中空复合微球。
[0024] 步骤①中FeCl3.6H20和尿素的质量比为3:l，FeCl3.6H 20和柠檬酸三钠的质量比为 l:2，FeClr6H20和水的质量比为1:60,水和聚丙烯酸钠的质量比为3:1。
[0025] 步骤②中TE0S的乙醇溶液中TE0S的体积分数为5%; 90vo 1%的乙醇和TE0S的乙醇 溶液的体积比为4:1 ;90vol%的乙醇和氨水的体积比为9:1;氨水的浓度为14.5 mol/L。
[0026] 所述步骤③中盐酸的浓度为4mol/L，Fe2〇3@ Si02复合微球与盐酸的固液比为lg: 500ml〇
[0027] 实施例3 一种Fe3〇4@Si02蛋黄-蛋壳结构中空复合微球的制备方法，包括以下步骤:①将FeCl 3 · 6H20、尿素、柠檬酸三钠加入到水中搅拌溶解，之后加入聚丙烯酸钠，搅拌均匀后转移到反 应釜中，在200°C条件下水热反应6h，冷却至室温后，所得橙黄色固体用乙醇洗涤，再用水 洗，然后在65 °C干燥，得Fe2〇3纳米微球；②将步骤①制备的Fe2〇3纳米微球按固液比lg : 350ml分散到1 Ονο 1%的乙醇中，加入TE0S(正硅酸乙酯）的乙醇溶液，30°C下超声处理2h，随 后加入氨水，搅拌5min，室温下反应lh，所得固体用乙醇洗涤，再用水洗，然后在55°C下干燥 即制得Fe 2〇3@ Si02复合微球;③将步骤②得到的Fe2〇3@ Si02复合微球分散到盐酸中，搅拌 反应12h，所得固体离心分离后用乙醇和水洗涤，65°C下干燥即制得Fe 2〇3@ Si02蛋黄-蛋壳 结构中空复合微球;④将步骤③得到的Fe2〇3@ Si02蛋黄-蛋壳结构中空复合微球在管式炉 350 °C下、氢气和氮气体积比为1:3的混合气下保持60min，然后冷却至室温，乙醇洗涤，再用 水洗，磁分离，干燥后即得Fe3〇4@ Si〇2蛋黄-蛋壳结构中空复合微球。
[0028] 步骤①中FeCl3.6H20和尿素的质量比为l:l，FeCl3.6H 20和柠檬酸三钠的质量比为 l:3，FeCl3'6H20和水的质量比为1:45,水和聚丙烯酸钠的质量比为2:1。
[0029] 步骤②中TE0S的乙醇溶液中TE0S的体积分数为2.5%; lOvol%的乙醇水溶液和 TE0S的乙醇溶液的体积比为5:1; lOvol%的乙醇和氨水的体积比为5:1;氨水的浓度为6 mol/L〇
[0030] 所述步骤③中盐酸的浓度为12mol/L，Fe2〇3@ Si〇2复合微球与盐酸的固液比为 lg:400ml〇
[0031] 图8为实施例2制备得到的Fe3〇4@ Si02蛋黄-蛋壳结构中空复合微球透射电子显微 镜照片，图9为实施例3制备得到的Fe3〇 4@ Si02蛋黄-蛋壳结构中空复合微球透射电子显微 镜照片，本发明可以通过控制TE0S的量来控制复合微球的壳层厚度，调控盐酸的浓度，影响 Fe2〇3@ Si02复合微球的腐蚀程度，从而控制Fe3〇4@ Si02蛋黄-蛋壳结构中空复合微球的结 构和形貌。
【主权项】
1. 一种Fe3〇4@Si〇2蛋黄-蛋壳结构中空复合微球的制备方法，其特征在于，包括以下步 骤:①将FeCl 3,6H20、尿素、柠檬酸三钠加入到水中搅拌溶解，之后加入聚丙烯酸钠，搅拌均 匀后转移到反应釜中，在170~200°C条件下水热反应3~6h，冷却至室温后，所得橙黄色固体 用乙醇洗涤，再用水洗，然后在5 5~6 5 °C干燥，得Fe2〇3纳米微球;②将步骤①制备的Fe 2〇3纳 米微球按固液比lg: 200ml~lg: 350ml分散到10-90vol%的乙醇中，加入TEOS的乙醇溶液，20 ~30 °C下超声处理2~4h，随后加入氨水，搅拌均匀，室温下反应1~3h，所得固体用乙醇洗涤， 再用水洗，然后在55~65°C下干燥即制得Fe 2〇3@ Si02复合微球;③将步骤②得到的Fe2〇3@ Si〇2复合微球分散到盐酸中，搅拌反应6~12h，所得固体离心分离后用乙醇和水洗涤后55~ 65°C下干燥即制得Fe 2〇3@ Si02蛋黄-蛋壳结构中空复合微球；④将步骤③得到的Fe2〇3@ Si02蛋黄-蛋壳结构中空复合微球在350~500°C下、氢气和氮气体积比为1:8~1:3的混合气 下保持60~120min，然后冷却至室温，乙醇洗涤，再用水洗，磁分离，干燥后即得Fe 3〇4@ Si02 蛋黄-蛋壳结构中空复合微球。2. 如权利要求1中所述Fe3〇4@Si02蛋黄-蛋壳结构中空复合微球的制备方法，其特征在 于，步骤①中FeCl 3.6H20和尿素的质量比为1:1~5:1，FeCl3.6H20和柠檬酸三钠的质量比为 1:2~1:5，FeCl 3 · 6H20和水的质量比为1:60~1:30，水和聚丙烯酸钠的质量比为0.75:1~3:1。3. 如权利要求1中所述Fe3〇4@Si02蛋黄-蛋壳结构中空复合微球的制备方法，其特征在 于，步骤②中TEOS的乙醇溶液中TEOS的体积分数为0.5~5%; 10-90vo 1%的乙醇和TEOS的乙 醇溶液的体积比为3:1~5:1; 10-90vol%的乙醇和氨水的体积比为5:1~9:1;氨水的浓度为6~ 14.5 mol/L〇4. 如权利要求1中所述Fe3〇4@Si02蛋黄-蛋壳结构中空复合微球的制备方法，其特征在 于，所述步骤③中盐酸的浓度为4~12mol/L，Fe 2〇3@ Si02复合微球与盐酸的固液比为lg: 300ml~lg:500ml。5. 利用权利要求1 一4任一制备方法得到的Fe3〇4@Si02蛋黄-蛋壳结构中空复合微球。6. 权利要求5所述的Fe3〇4@Si02蛋黄-蛋壳结构中空复合微球作为药物载体的应用。7. 如权利要求6所述的应用，其特征在于:将盐酸阿霉素溶解在pH=7.4的磷酸缓冲溶液 中，然后加入Fe3〇 4@Si02蛋黄-蛋壳结构中空复合微球，室温下搅拌24h，磁分离即得负载盐 酸阿霉素的Fe 3〇4@Si02蛋黄-蛋壳结构中空复合微球。
【文档编号】C01G49/08GK105832699SQ201610155881
【公开日】2016年8月10日
【申请日】2016年3月18日
【发明人】王永强, 程琳, 郑海红, 虞勇
【申请人】河南大学