一种用于靶向给药的磁性有序介孔碳纳米球的制备方法与流程

本发明涉及一种用于磁靶向给药的磁性有序介孔碳纳米球的制备方法，属于生物医用材料的制备及应用的技术领域。

背景技术：

癌症是目前严重威胁人类健康的疾病之一，化学药物疗法在癌症治疗中一直发挥着重要的作用，但抗肿瘤药物存在非特异性、毒性大的缺点，在杀死肿瘤细胞的过程中，也会不同程度地损坏正常的组织，致使人体的免疫功能下降，而且药物治疗也受药物剂量依赖性的影响，致使癌症治疗效果较差。

磁靶向给药制剂是一种将磁性纳米粒子、药物载体和药物分子组成的靶向制剂，在外加磁场作用下，将药物定向携带到病灶组织，并在病灶组织处富集，在环境温度、ph刺激下，实现药物的缓慢释放，磁靶向给药制剂不仅能够提高药物在靶区的药物浓度，减少药物用量，也可以控制药物的释放速率，较长时间内维持药物在体内的浓度，延长药物作用时间，降低药物的毒副作用，因此，磁靶向给药制剂有望实现高效、低毒治疗癌症。

磁性有序介孔碳纳米球不仅具有靶向性、磁热疗特性，也具有酸碱稳定性、热稳定性、生物相容性、丰富的孔结构、高的比表面积，而且表面含有丰富的含氧官能团，使药物分子不仅负载在药物载体表面，而且贯穿整个材料内部，吸附并存储到孔道结构中，增加药物分子的上载量。

人体的不同组织结构中ph值是不同的，癌细胞周围环境呈弱酸性，而抗肿瘤药物盐酸阿霉素的分子结构中含有氨基，在酸性条件下，氨基被质子化，亲水性增强，在弱碱条件下，盐酸阿霉素因脱盐而变得疏水，因此，通过调节ph值，改变盐酸阿霉素本身的亲疏水性可以控制抗癌药物的缓慢释放。

磁性有序介孔碳纳米球具有高的比表面积、丰富的孔径、表面含有丰富的含氧官能团，可以将盐酸阿霉素直接存储在磁性有序介孔碳纳米球的孔道结构中，具备较高的药物装载量；而且，盐酸阿霉素可以响应ph的变化实现药物的缓慢释放，因此，制备基于磁性有序介孔碳纳米球的磁靶向给药系统实现盐酸阿霉素的控制释放具有重要意义。

技术实现要素：

发明目的

本发明的目的是针对背景技术癌症患者药物治疗中，抗肿瘤药物的非特异性和毒性大的缺点，制备一种磁性有序介孔碳纳米球，作为癌症药物缓释剂，实现癌症药物治疗集中给药，以提高癌症药物的治疗效果。

技术方案

本发明使用的化学物质材料为：苯酚、甲醛、聚环氧乙烷-聚环氧丙烷-聚环氧乙烷、α型氧化铁、氢氧化钠、硝酸铁、氨水、盐酸阿霉素、磷酸二氢钾、磷酸、去离子水、氮气，其组合准备用量如下：以克、毫升、厘米³为计量单位

制备方法如下：

(1)制备有序介孔碳纳米球

①配制混合液

称取苯酚0.6g±0.0001g、氢氧化钠0.06g±0.0001g、α型氧化铁0.04g±0.0001g，量取甲醛2.1ml±0.0001ml、去离子水15ml±0.0001ml，加入三口烧瓶中，成混合液；

②将盛有混合溶液的三口烧瓶置于超声波分散仪上，进行超声分散，超声波频率60khz，超声分散时间10min，成混合溶液；

③配制聚环氧乙烷-聚环氧丙烷-聚环氧乙烷溶液

称取聚环氧乙烷-聚环氧丙烷-聚环氧乙烷0.96g±0.0001g，量取去离子水15ml±0.0001ml，加入烧杯中，搅拌混合10min，成0.004774mol/l的聚环氧乙烷-聚环氧丙烷-聚环氧乙烷溶液；

④聚合处理

将配制的聚环氧乙烷-聚环氧丙烷-聚环氧乙烷溶液加入三口烧瓶中，将盛有聚环氧乙烷-聚环氧丙烷-聚环氧乙烷混合溶液的三口烧瓶置于水浴缸上，并固定；

将水浴缸置于电加热器上，并固定；

在三口烧瓶上插入水循环冷凝管，进行水循环冷凝；

在三口烧瓶内置放磁子搅拌器，进行搅拌；

开启电加热器，加热温度66℃±1℃，反应时间17h；

三口烧瓶内的聚环氧乙烷-聚环氧丙烷-聚环氧乙烷混合溶液在加热、磁子搅拌、水循环冷凝过程中将发生聚合反应，反应方程式如下：

式中：

c641h1277o284：聚合物混合溶液

聚合反应后，停止加热，停止水循环冷凝，冷却至25℃，得到呈粉红色聚合物混合溶液；

(2)水热合成

将粉红色聚合物混合溶液置于聚四氟乙烯容器中，然后置于反应釜中，密闭；

将反应釜置于加热炉中，加热温度130℃±1℃，加热时间1200min；

水热合成后停止加热，反应釜内的聚合物混合溶液随加热炉冷却至25℃；

(3)离心分离

将聚合物混合溶液置于离心分离管内，进行离心分离、分离转数8000r/min，分离时间10min，分离后留存絮状物，弃去分离液；

(4)真空冷冻干燥

将絮状物置于石英容器中，然后置于真空冷冻干燥箱中，进行冷冻干燥，真空度2pa，冷冻温度-80℃，冷冻干燥时间720min；

冷冻干燥后得米黄色粉体颗粒，即复合聚合物粉体颗粒；

(5)真空高温烧结、碳化处理

复合聚合物粉体颗粒的烧结是在真空烧结炉内进行的，是在抽真空、中频感应加热、氮气保护、外水循环冷却下完成的；

①打开真空炉烧结，用氮气驱除炉内有害气体，氮气输入速度200cm³/min，输入时间10min；

②将复合聚合物粉体颗粒置于石英容器中，然后置于真空烧结炉内的工作台上，密闭；

③开启真空泵，抽取炉内空气，使炉内压强达2pa；

④开启氮气瓶，向炉内输入氮气，氮气输入速度100cm³/min，使炉内压强恒定在1个大气压；

⑤开启中频感应加热器，加热温度700℃±1℃，进行烧结，烧结时间60min，

复合聚合物粉体颗粒在真空加热烧结、氮气保护下，将发生碳化过程，碳化反应方程式如下：

式中：

c：含羟基的有序介孔碳纳米球

co2：二氧化碳

h2o：水蒸气

(6)制备磁性有序介孔碳纳米球

①配制混合液

称取硝酸铁0.32g±0.0001g，含羟基的有序介孔碳纳米球0.3g±0.0001g，量取无水乙醇5ml±0.0001ml，加入烧杯中，成混合液；②将盛有混合液的烧杯置于超声波分散仪中，进行超声分散，超声波频率40khz，超声分散时间20min，分散后得混合液；

③真空干燥

将盛有混合液的烧杯置于真空干燥箱中，真空度2pa，干燥温度60℃，干燥时间360min，干燥后得含羟基的有序介孔碳纳米球和硝酸铁混合物；

④将0.3g±0.0001g含羟基的有序介孔碳纳米球和硝酸铁的混合物移至玻璃瓶中，将其放于聚四氟乙烯容器中，聚四氟乙烯容器底部置放氨水溶液10ml±0.0001ml；

⑤将反应釜置于加热炉中，进行加热，加热温度60℃±1℃，加热时间180min；然后停止加热，反应釜随加热炉冷却至25℃；

⑥反应完成后，成含羟基的有序介孔碳纳米球和氢氧化铁混合物；

⑦开炉，开釜，将混合液置于抽滤瓶的布式漏斗中，用三层中速定性滤纸进行抽滤，留存滤饼，弃去滤液；

⑧无水乙醇洗涤、抽滤

将滤饼置于烧杯中，加入无水乙醇100ml，搅拌洗涤10min；然后用三层中速定性滤纸进行抽滤，留存滤饼，弃去洗涤液；

⑨去离子水洗涤、抽滤

将滤饼置于另一烧杯中，加入去离子水100ml，搅拌洗涤10min；然后用三层中速定性滤纸进行抽滤，留存滤饼，弃去洗涤液；

⑩真空烧结、碳化处理

打开真空烧结炉，用氮气驱除炉内有害气体；

将滤饼置于石英容器中，然后置于真空烧结炉的工作台上，密闭；

开启真空泵，抽取炉内空气，使炉内压强达2pa；

开启氮气瓶，向炉内输入氮气，氮气输入速度100cm³/min，使炉内压强恒定在1个大气压；

开启中频感应加热器，加热温度500℃±1℃，加热时间30min，含羟基的有序介孔碳纳米球和氢氧化铁混合物碳化，成磁性有序介孔碳纳米球；

在烧结、碳化过程中，生成磁性有序介孔碳纳米球，由含羟基的有序介孔碳纳米球生成磁性有序介孔碳纳米球总反应方程式如下：

式中：

fe3o4/c：磁性有序介孔碳纳米球

no2：二氧化氮

o2：氧气

(7)研磨、过筛

将磁性有序介孔碳纳米球用玛瑙研钵、研棒进行研磨，然后用650目筛网过筛；

研磨、过筛反复进行；

得磁性有序介孔碳纳米球；

(8)检测、分析、表征

对制备的磁性有序介孔碳纳米球的色泽、形貌、结构、成分、化学物理性能、载药释药性能和吸光度进行检测、分析、表征；

用透射电子显微镜进行微观结构分析；

用x射线衍射仪进行晶型结构分析；

用比表面积及孔径分析仪进行比表面积及孔结构分析；

用紫外分光光度计进行载药量与释药分析；

结论：磁性有序介孔碳纳米球为黑色粉体颗粒，颗粒直径≤100nm，比表面积344.9m²/g，产物纯度达99.8％，具有有序介孔结构，介孔孔径≤3nm；

(9)产物储存

对制备的磁性有序介孔碳纳米球产物储存于棕色透明的玻璃容器中，密闭避光保存，置于干燥、洁净环境，要防水、防晒、防酸碱盐腐蚀，存储温度20℃，相对湿度≤10％。

有益效果

本发明与背景技术相比具有明显的先进性，针对抗肿瘤药物非特异性和毒性大的缺点，以苯酚、甲醛、氢氧化钠、α型氧化铁为原料，硝酸铁为磁性剂，经水热合成、真空高温烧结，制备磁性有序介孔碳纳米球，为癌症靶向药物缓释剂，此制备方法工艺先进、数据精确翔实，产物为黑色粉体颗粒，颗粒直径≤100nm，比表面积344.9m²/g，具有磁性有序介孔结构，介孔孔径≤3nm，产物纯度达99.8％，是先进的磁性有序介孔碳纳米球的制备方法。

附图说明

图1、真空烧结磁性有序介孔碳纳米球状态图

图2、磁性有序介孔碳纳米球形貌图

图3、磁性有序介孔碳纳米球x射线衍射图谱

图4、磁性有序介孔碳纳米球氮吸附-脱附曲线图

图5、磁性有序介孔碳纳米球动态吸附曲线图

图6、载药的磁性有序介孔碳纳米球对盐酸阿霉素释放曲线图

图中所示，附图标记清单如下：

1、真空烧结炉，2、炉座，3、炉盖，4、炉腔，5、工作台，6、石英容器，7、不锈钢丝网，8、磁性有序介孔碳纳米球，9、微波加热器，10、外水循环冷却管，11、进水阀，12、出水阀，13、真空泵，14、真空管，15、真空阀，16、真空表，17、氮气瓶，18、氮气管，19、氮气阀，20、氮气表，21、氮气，22、出气管阀，23、显示屏，24、指示灯，25、电源开关，26、微波加热控制器，27、真空泵控制器，28、导线。

具体实施方式

以下结合附图对本发明做进一步的说明：

图1所示，为真空烧结磁性有序介孔碳纳米球状态图，各部位置、连接关系要正确，安装牢固，按序操作。

制备使用的化学物质的量值按预先设置的范围确定的、以克、毫升、厘米³为计算单位。

真空烧结炉为立式，真空烧结炉1的下部为炉座2、上部为炉盖3、内部为炉腔4；在真空烧结炉1的内底部设有工作台5，在工作台5上置放石英容器6，在石英容器6上部设有不锈钢丝网7，在石英容器6内置放磁性有序介孔碳纳米球8；在真空烧结炉1的内壁上为微波加热器9；在炉腔4内由氮气21充填；在真空烧结炉1的外部由外水循环冷却管10环绕，外水循环冷却管10上设有进水阀11、出水阀12，并与外接水源连接；在真空烧结炉1的左上部设有出气管阀22；在真空烧结炉1的右下部设有真空泵13，真空泵13上部设有真空管14、真空阀15、真空表16，并与炉腔4连通；在真空烧结炉1的左部设有氮气瓶17，氮气瓶17上部设有氮气管18、氮气阀19、氮气表20，并向炉腔4内输入氮气21；在炉座2上设有显示屏23、指示灯24、电源开关25、微波加热控制器26、真空泵控制器27；炉座2与真空泵13之间由导线28连接。

图2所示，为磁性有序介孔碳纳米球形貌图，磁性有序介孔碳纳米球形貌规整、粒径均一，粒径≤100nm，磁性纳米粒子镶嵌在碳层中，呈有序介孔结构。

图3所示，为磁性有序介孔碳纳米球衍射强度图谱，图中可知：在10°-30°范围内存在一个宽的衍射峰，是由水热反应中酚醛树脂高温处理后生成的无定形碳引起的；在30.2°、35.3°、43.15°、53.5°、57.1°和62.9°处出现了新的衍射峰，分别对应了四氧化三铁的(220)、(311)、(400)、(422)、(511)和(440)晶面。

图4所示，为磁性有序介孔碳纳米球氮吸附-脱附曲线图，图中可知，磁性有序介孔碳纳米球的比表面积为344.9m²/g，根据国际纯粹与应用化学联合会标准，确定曲线类型属于ⅳ型曲线，滞后环属于h1型，表明材料属于孔径均一的介孔材料，孔径≤3nm。

图5所示，为磁性有序介孔碳纳米球动态吸附曲线图，磁性有序介孔碳纳米球对盐酸阿霉素的载药量随着盐酸阿霉素浓度的增加而增加，成正比，最大的载药量为284.7μg/mg。

图6所示，为载药的磁性有序介孔碳纳米球对盐酸阿霉素释放曲线图，在不同ph条件下，载药的磁性有序介孔碳纳米球的释药率随着ph的降低而增加，成反比，当ph为5.5时，释药率达25％，释药时间20h。