丙烯酸酯功能化的桥键介孔载体材料及其制备方法与流程

本发明涉及药学领域，具体地,涉及一种丙烯酸酯功能化的桥键介孔载体材料及其制备方法，属于生物医药材料技术领域。

背景技术：

介孔材料具有超高的比表面积、较大的孔体积、有序且可控的孔道结构和稳定的骨架结构，被广泛用于催化、吸附和分离、酶固定化、化学传感器、生物大分子和药物控释输送等[王炎，郑旭翰，姜兆华，有序介孔材料在生物医药领域中的应用，化学进展，2006，18(10):1345-1351]。常规氧化硅基介孔材料（如MCM-41和SBA-15）作为药物载体材料时，其孔道壁和药物之间的相互作用是影响药物释放动力学行为的关键因素[T. Ukmar, U. Maver, O. Planinšek, V. Kaučič, M. Gaberšček, A. Godec, Understanding controlled drug release from mesoporous silicates: Theory and experiment Journal of Controlled Release, 2011, 155: 409-417]。通过共聚或后嫁接等化学方法将有机基团引入介孔材料的骨架和孔道内，能有效调节孔道壁与药物之间的相互作用，改变药物释放动力学行为，从而实现可控缓释长效理想的给药目的，有利于提高疗效和降低副作用。但通过常规的共聚或后嫁接方法修饰氧化硅基介孔材料MCM-41和SBA-15时，会导致孔道堵塞、孔径变窄、孔容积和比表面积减小和孔道有序性降低等缺陷，从而影响材料的载药性能。

技术实现要素：

为了解决现有技术中的问题，根据本发明的第一方面，本发明的目的在于提供一种丙烯酸酯功能化的桥键介孔二氧化硅载体材料。

除特殊说明外，本发明所述份数均为重量份，所述百分比均为质量百分比。

本发明的目的是这样实现的：

一种丙烯酸酯功能化的桥键介孔二氧化硅载体材料，其特征在于：产生的红外光谱在810cm^-1, 1125cm^-1, 2900cm^-1, 1630cm^-1, 1720cm^-1, 690cm^-1左右显示出吸收峰。

本发明丙烯酸酯功能化的桥键介孔二氧化硅载体材料为单分散球形颗粒,平均粒径为40-300nm,比表面积350-1400 m²/g，孔体积为 0.5-1.5 cm³/g。

根据本发明的第二方面，本发明的目的在于提供上述丙烯酸酯功能化的桥键介孔二氧化硅载体材料的制备方法。

一种丙烯酸酯功能化的桥键介孔二氧化硅载体材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1) ：将三甲基十六烷基溴化铵(CTAB)加入到乙醇/水的混合溶液中，20-50℃搅拌1-4h，加浓氨水，然后加入四乙氧基硅烷(TEOS)和双-[3-(三乙氧基硅)丙基]四硫化物(TESPTS)，20-50℃搅拌4-48h，常温8000-15000 rpm离心10-30 min，得到的沉淀用乙醇/水混合溶液洗涤三次，制得桥键介孔二氧化硅纳米粒；

步骤2)：将步骤1)制得的桥键介孔二氧化硅纳米粒分散在乙醇/水的混合溶液中，加入三甲基十六烷基溴化铵(CTAB)，加浓氨水，20-50℃搅拌1-4h，然后加入3-(三甲氧基甲硅烷基)丙基丙烯酸酯(MPS)和双-[3-(三乙氧基硅)丙基]四硫化物(TESPTS)，20-50℃搅拌4-48h，常温8000-15000 rpm离心10-30 min，得到的沉淀用乙醇/水混合溶液洗涤三次；

步骤3)：将步骤2) 洗涤过后的沉淀分散在无水乙醇中，加入浓盐酸，40-80℃下搅拌回流6-24h，然后离心收集沉淀；再按相同条件重复回流操作2-4次，以除去表面活性剂；常温8000-15000 rpm离心10-30 min，沉淀用乙醇/水混合溶液洗涤三次；真空干燥，制得丙烯酸酯功能化的桥键介孔二氧化硅载体材料。

在制备本发明丙烯酸酯功能化的桥键介孔二氧化硅载体材料过程中，发明人发现三甲基十六烷基溴化铵(CTAB)的用量、乙醇/水的比例等因素对单分散球形颗粒的粒径、比表面积以及孔体积均有不同程度的影响；以粒径为例，随着三甲基十六烷基溴化铵(CTAB)用量的增加，制得的丙烯酸酯功能化介孔二氧化硅载体材料粒径逐渐减小；随着乙醇/水中乙醇比例的增大，制得的丙烯酸酯功能化桥键介孔二氧化硅载体材料粒径逐渐增大。

上述方法中，优选的，三甲基十六烷基溴化铵(CTAB)、四乙氧基硅烷(TEOS)与双-[3-(三乙氧基硅)丙基]四硫化物(TESPTS)的质量比为：1-4：1-15：0.6-1。

上述方法中，优选的，三甲基十六烷基溴化铵(CTAB)、3-(三甲氧基甲硅烷基)丙基丙烯酸酯(MPS)与双-[3-(三乙氧基硅)丙基]四硫化物(TESPTS)的质量比为：1-4：1-15：0.6-1。

上述方法中，进一步优选，乙醇/水混合溶液中乙醇与水的体积比为2：1-4：1。

具体的说，一种丙烯酸酯功能化桥键介孔二氧化硅载体材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1)：将0.1g-0.4g三甲基十六烷基溴化铵(CTAB)加入到90-120 mL乙醇/水混合溶液中，20-50℃搅拌1-4h，加浓氨水0.5-3.0 mL，然后滴加0.15-1.5mL四乙氧基硅烷(TEOS)和0.1-0.9mL双-[3-(三乙氧基硅)丙基]四硫化物(TESPTS)，20-50℃搅拌4-48h，常温8000-15000 rpm离心10-30 min，得到的沉淀用乙醇/水混合溶液洗涤三次，制得桥键介孔二氧化硅纳米粒；

步骤2)：将步骤1)得到的桥键介孔二氧化硅纳米粒分散在90-120 mL乙醇/水的混合溶液中，加入0.1g-0.4g三甲基十六烷基溴化铵(CTAB)，加浓氨水0.5-3.0mL，20-50℃搅拌1-4h，然后滴加0.15-1.5mL 3-(三甲氧基甲硅烷基)丙基丙烯酸酯(MPS)和0.1-0.9mL双-[3-(三乙氧基硅)丙基]四硫化物(TESPTS)，20-50℃搅拌4-48h，常温8000-15000 rpm离心10-30 min，沉淀用乙醇/水混合溶液洗涤三次；

步骤3)：将步骤2)洗涤后的沉淀分散在80-200mL的无水乙醇中，并加入浓盐酸0.16-0.4mL，40-80℃下搅拌回流6-24h，然后离心收集沉淀；再按相同条件重复回流操作2-4次，以除去表面活性剂CTAB；常温8000-15000 rpm离心10-30 min，沉淀用乙醇/水混合溶液洗涤三次；真空干燥，既得；

所述乙醇/水混合溶液中乙醇与水的体积比为2：1-4：1。

上述步骤3）中重复回流操作步骤为将离心除去无水乙醇盐酸混合溶液得到的产物再次分散在无水乙醇中，并加入浓盐酸，40-80℃下搅拌回流6-24h，然后离心除去无水乙醇盐酸混合溶液。

上述搅拌、洗涤、浓氨水、浓盐酸、分散、回流、真空干燥等概念是本领域技术人员明确知晓；本发明常温为20-30℃。

根据本发明的第三方面，本发明的目的在于提供上述丙烯酸酯功能化的桥键介孔二氧化硅载体材料在制备缓控释抗肿瘤药物（如盐酸阿霉素）中的用途。本发明丙烯酸酯功能化的介孔二氧化硅载体材料孔壁的四硫键，可与还原型谷胱甘肽反应，从而切断四硫键，有利于孔道药物释放。而肿瘤细胞内的氧化/还原型谷胱甘肽的浓度比正常细胞高，即具有肿瘤靶向型和氧化-还原响应的药物释放特性。

有益效果：

本发明提供一种丙烯酸酯功能化的桥键介孔二氧化硅载体材料，为单分散球形颗粒,平均粒径为40-300nm,比表面积350-1400 m²/g，孔体积为 0.5-1.5 cm³/g，在810cm^-1, 1125cm^-1, 2900cm^-1, 1630cm^-1, 1720cm^-1, 690cm^-1左右显示出红外光谱吸收峰。本发明采用丙烯酸酯和四硫键作为修饰基团，把有机基团均匀地结合在介孔氧化硅的孔道壁中，制得桥键型介孔氧化硅载体材料，在保持原有的有序介孔结构的基础上，调整了孔道的亲水性/疏水性、酸/碱性能，从而加强了抗肿瘤药物与孔道壁之间的相互作用，继而影响药物的释放动力学行为，以实现了可控缓释长效的给药效果。本发明制备方法简单，原料廉价易得，适合工业化生产。

附图说明

图1是实施例1得到的丙烯酸酯功能化的桥键介孔二氧化硅载体材料的透射电镜图。

图2是实施例1得到的丙烯酸酯功能化的桥键介孔二氧化硅载体材料的红外光谱图。

图3是实施例1得到的丙烯酸酯功能化的桥键介孔二氧化硅载体材料载阿霉素的释放曲线。

具体实施方式

下面通过具体实施例对本发明进行具体描述，在此指出以下实施例只用于对本发明进行进一步说明，不能理解为对本发明保护范围的限制，本领域的技术熟练人员可以根据上述发明内容对本发明作出一些非本质的改进和调整。本发明所有原料及试剂均为市售产品。

原料与试剂

盐酸阿霉素(DOX·HCl)，十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)，四乙氧基硅烷(TEOS)，双-[3-(三乙氧基硅)丙基]四硫化物(TESPTS)，3-(三甲氧基甲硅烷基)丙基丙烯酸酯(MPS)，浓氨水（浓度为22-25%），浓盐酸（浓度为37%），无水乙醇，去离子水。

（一）丙烯酸酯功能化的桥键介孔二氧化硅载体材料的制备实验

实施例1

步骤1)： 将0.16g三甲基十六烷基溴化铵(CTAB)加入含无水乙醇30 mL和去离子水75 mL的混合溶液中，40℃搅拌2h，加入浓氨水1.5 mL，然后滴加含0.25mL四乙氧基硅烷(TEOS)和0.15mL双-[3-(三乙氧基硅)丙基]四硫化物(TESPTS)混合物，40℃搅拌24h，常温15000 rpm离心20 min，沉淀用相同比例的乙醇/水混合溶液洗三次，得桥键介孔二氧化硅纳米粒。

步骤2)：将步骤1)得到的键介孔二氧化硅纳米粒分散在含无水乙醇30mL和去离子水75mL的混合溶液中，加入0.16g三甲基十六烷基溴化铵(CTAB)，加浓氨水1.5mL，40℃搅拌2h，然后滴加0.25mL 3-(三甲氧基甲硅烷基)丙基丙烯酸酯(MPS)和0.15mL双-[3-(三乙氧基硅)丙基]四硫化物(TESPTS)混合物，40℃搅拌24h，常温12000 rpm离心20 min，沉淀用相同比例的乙醇/水混合溶液洗三次。

步骤3)：将步骤2)得到的沉淀分散在100mL的无水乙醇中，并加入浓盐酸0.2mL，60℃下搅拌回流24h，重复3次，除去CTAB。常温8000 rpm离心20 min，沉淀用相同比例的乙醇/水混合溶液洗三次。真空干燥，得丙烯酸酯功能化的桥键介孔二氧化硅载体材料。透射电镜测得上述得到的桥键介孔二氧化硅纳米粒的平均粒径为164.5nm。

实施例2

步骤1)： 将0.24g三甲基十六烷基溴化铵(CTAB)加入含无水乙醇30 mL和去离子水75 mL的混合溶液中，40℃搅拌2h，加入浓氨水1.5 mL，然后滴加含0.25mL四乙氧基硅烷(TEOS)和0.15mL双-[3-(三乙氧基硅)丙基]四硫化物(TESPTS)混合物，40℃搅拌24h，常温15000 rpm离心20 min，沉淀用相同比例的乙醇/水混合溶液洗三次，得桥键介孔二氧化硅纳米粒。

步骤2)：将步骤1)得到的键介孔二氧化硅纳米粒分散在含无水乙醇30mL和去离子水75mL的混合溶液中，加入0.16g三甲基十六烷基溴化铵(CTAB)，加浓氨水1.5mL，40℃搅拌2h，然后滴加0.25mL 3-(三甲氧基甲硅烷基)丙基丙烯酸酯(MPS)和0.15mL双-[3-(三乙氧基硅)丙基]四硫化物(TESPTS)混合物，40℃搅拌24h，常温12000 rpm离心20 min，沉淀用相同比例的乙醇/水混合溶液洗三次。

步骤3)：将步骤2)得到的沉淀分散在100mL的无水乙醇中，并加入浓盐酸0.2mL，60℃下搅拌回流12h，重复3次，除去CTAB。常温8000 rpm离心20 min，沉淀用相同比例的乙醇/水混合溶液洗三次。真空干燥，得丙烯酸酯功能化的桥键介孔二氧化硅纳米粒。透射电镜测得上述得到的桥键介孔二氧化硅纳米粒的平均粒径为145.7nm。

实施例3

步骤1)： 将0.32g三甲基十六烷基溴化铵(CTAB)加入含无水乙醇30 mL和去离子水75 mL的混合溶液中，40℃搅拌2h，加入浓氨水1.5 mL，然后滴加含0.25mL四乙氧基硅烷(TEOS)和0.15mL双-[3-(三乙氧基硅)丙基]四硫化物(TESPTS)混合物，40℃搅拌24h，常温15000 rpm离心20 min，沉淀用相同比例的乙醇/水混合溶液洗三次，得桥键介孔二氧化硅纳米粒。

步骤2)：将步骤1)得到的键介孔二氧化硅纳米粒分散在含无水乙醇30mL和去离子水75mL的混合溶液中，加入0.16g三甲基十六烷基溴化铵(CTAB)，加浓氨水1.5mL，40℃搅拌2h，然后滴加0.25mL 3-(三甲氧基甲硅烷基)丙基丙烯酸酯(MPS)和0.15mL双-[3-(三乙氧基硅)丙基]四硫化物(TESPTS)混合物，40℃搅拌24h，常温12000 rpm离心20 min，沉淀用相同比例的乙醇/水混合溶液洗三次。

步骤3)：将步骤2)得到的沉淀分散在100mL的无水乙醇中，并加入浓盐酸0.2mL，60℃下搅拌回流12h，重复3次，除去CTAB。常温8000 rpm离心20 min，沉淀用相同比例的乙醇/水混合溶液洗三次。真空干燥，得丙烯酸酯功能化的桥键介孔二氧化硅纳米粒。透射电镜测得上述得到的桥键介孔二氧化硅纳米粒的平均粒径为114.6nm。

实施例4

步骤1)： 将0.16g三甲基十六烷基溴化铵(CTAB)加入含无水乙醇30 mL和去离子水60 mL的混合溶液中，20℃搅拌4h，加入浓氨水1.5 mL，然后滴加含0.25mL四乙氧基硅烷(TEOS)和0.15mL双-[3-(三乙氧基硅)丙基]四硫化物(TESPTS)混合物，50℃搅拌12h，常温15000 rpm离心20 min，沉淀用相同比例的乙醇/水混合溶液洗三次，得桥键介孔二氧化硅纳米粒。

步骤2)：将步骤1)得到的键介孔二氧化硅纳米粒分散在含无水乙醇30mL和去离子水60mL的混合溶液中，加入0.16g三甲基十六烷基溴化铵(CTAB)，加浓氨水1.5mL，50℃搅拌1h，然后滴加0.25mL 3-(三甲氧基甲硅烷基)丙基丙烯酸酯(MPS)和0.15mL双-[3-(三乙氧基硅)丙基]四硫化物(TESPTS)混合物，30℃搅拌48h，常温12000 rpm离心20 min，沉淀用相同比例的乙醇/水混合溶液洗三次。

步骤3)：将步骤2)得到的沉淀分散在100mL的无水乙醇中，并加入浓盐酸0.2mL，80℃下搅拌回流24h，重复3次，除去CTAB。常温8000 rpm离心10 min，沉淀用相同比例的乙醇/水混合溶液洗三次。真空干燥，得丙烯酸酯功能化的桥键介孔二氧化硅纳米粒。透射电镜测得上述得到的桥键介孔二氧化硅纳米粒的平均粒径为250.6nm。

实施例5

步骤1)： 将0.16g三甲基十六烷基溴化铵(CTAB)加入含无水乙醇30 mL和去离子水90 mL的混合溶液中，50℃搅拌1h，加入浓氨水1.5 mL，然后滴加含0.25mL四乙氧基硅烷(TEOS)和0.15mL双-[3-(三乙氧基硅)丙基]四硫化物(TESPTS)混合物，20℃搅拌48h，常温15000rpm离心30 min，沉淀用相同比例的乙醇/水混合溶液洗三次，得桥键介孔二氧化硅纳米粒。

步骤2)：将步骤1)得到的键介孔二氧化硅纳米粒分散在含无水乙醇30mL和去离子水90mL的混合溶液中，加入0.16g三甲基十六烷基溴化铵(CTAB)，加浓氨水1.5mL，20℃搅拌4h，然后滴加0.25mL 3-(三甲氧基甲硅烷基)丙基丙烯酸酯(MPS)和0.15mL双-[3-(三乙氧基硅)丙基]四硫化物(TESPTS)混合物，50℃搅拌4h，常温15000 rpm离心10 min，沉淀用相同比例的乙醇/水混合溶液洗三次。

步骤3)：将步骤2)得到的沉淀分散在100mL的无水乙醇中，并加入浓盐酸0.2mL，60℃下搅拌回流24h，重复3次，除去CTAB。常温11000 rpm离心20 min，沉淀用相同比例的乙醇/水混合溶液洗三次。真空干燥，得丙烯酸酯功能化的桥键介孔二氧化硅纳米粒。透射电镜测得上述得到的桥键介孔二氧化硅纳米粒的平均粒径为125.7nm。

从上述实施例明显看出，在制备丙烯酸酯功能化的桥键介孔二氧化硅载体材料过程中，三甲基十六烷基溴化铵(CTAB)的用量、乙醇/水的比例等因素对单分散球形颗粒的粒径、比表面积以及孔体积均有不同程度的影响；就粒径而言，随着三甲基十六烷基溴化铵(CTAB)量增加，粒径减小；随乙醇/水比例减小，粒径减小。

（二）丙烯酸酯功能化的桥键介孔二氧化硅载体材料性能检测实验

实施例 6

通过透射电镜(JEOL 1010 electron microscope, Akishima, Japan)观察实施例1得到的丙烯酸酯功能化的桥键介孔二氧化硅载体材料，可见实施例1得到的丙烯酸酯功能化的桥键介孔二氧化硅载体材料具有如图1所示的显微形态，为单分散球形颗粒，其粒径为160nm左右。

通过红外光谱仪(Nicolet iS50 spectrometer, Thermo Fisher Scientific, USA) 采用KBr压片法, 测定实施例1得到的丙烯酸酯功能化的桥键介孔二氧化硅载体材料的红外吸收光谱，波长扫描围4000~400cm^-1。实施例1得到的丙烯酸酯功能化的桥键介孔二氧化硅纳米粒的红外吸收光谱如图2所示。红外谱图显示在810cm^-1, 1125cm^-1为介孔二氧化硅材料的特征吸收峰；2900cm^-1左右为-C-H键吸收峰；1630cm^-1左右为-C=C-键吸收峰；1720cm^-1左右为酯键中-C=O吸收峰；690cm^-1左右为-C-S键吸收峰。

通过比表面及孔径分析仪(3H-2000PS1 Surface Area Porosity Analyzer, Beishide, China)测定实施例1得到的丙烯酸酯功能化的桥键介孔二氧化硅载体材料的比表面积和孔体积，样品40°C脱气24h，初始压力为1atm，77K测定N₂等温吸附，得比表面积和孔体积。实施例1得到的丙烯酸酯功能化的桥键介孔二氧化硅载体材料的比表面积为430m²/g，孔体积为0.71cm³/g。

参照实施例6的测定方法，测定实施例2-5制得的丙烯酸酯功能化的桥键介孔二氧化硅载体材料的性能，发现实施例2-5制得的丙烯酸酯功能化的桥键介孔二氧化硅载体材料均属于单分散球形颗粒, 平均粒径为40-300nm,比表面积350-1400 m²/g，孔体积为 0.5-1.5 cm³/g，在810cm^-1, 1125cm^-1, 2900cm^-1, 1630cm^-1, 1720cm^-1, 690cm^-1左右显示出红外光谱吸收峰。

（三）丙烯酸酯功能化的桥键介孔二氧化硅载体材料的载药实验

实施例7

选用盐酸阿霉素作为模型药物，测试本发明丙烯酸酯功能化的桥键介孔二氧化硅载体材料的载药性能。

取按实施例1制备的丙烯酸酯功能化的桥键介孔二氧化硅载体材料10mg，超声分散在20mLPBS中，将含3 mg DOX·HCl的PBS溶液缓慢滴加于上述混合体系中，室温水浴磁力搅拌24 h。室温12000 rpm离心15min，收集沉淀物，用PBS洗涤三次，得药物组合物。分别在(1) 37℃，pH值为7.4的情况下，(2) 37℃，pH值为7.4，含10mM还原型谷胱甘肽(GSH)的情况下，将3 mg的药物组合物置于经预处理的透析袋(8-14kDa)中，再将透析袋密封并置于50mL含有或不含10 mM还原型谷胱甘肽(GSH)的PBS释放介质中，转速为100 rpm, 分别设定的时间点取样3.0mL，并补加新鲜的等量同温介质。在波长480nm处测定样品的紫外吸收，平行操作三次，计算药物累积释放量。获得上述药物组合物的阿霉素的释放曲线，可见上述药物组合物具有如图3 所示的阿霉素的释放曲线，在1-24h内药物释放逐渐增大，24h以后药物释放量基本达最大值，并维持药物浓度基本不变。加入还原型谷胱甘肽(GSH)后，其累积释放量增大4倍左右，表明所述的丙烯酸酯功能化的桥键介孔二氧化硅载体材料具有氧化还原响应的缓控释行为。

参照上述方法测试实施例 2-5 制备的丙烯酸酯功能化的桥键介孔二氧化硅载体材料的载药性能，结果均显示得到的丙烯酸酯功能化的桥键介孔二氧化硅载体材料具有氧化还原响应的缓控释行为。