李 貝， 喬永生， 沈臘珍， 王 偉

(1. 山西大同大學(xué) 化學(xué)與環(huán)境工程學(xué)院， 山西 大同 037009； 2. 忻州師范學(xué)院 化學(xué)系， 山西 忻州 034000；3. 北方自動(dòng)控制技術(shù)研究所， 山西 太原 030006)

0 引 言

布洛芬(IBU)作為一種非甾體烷基苯丙酸類抗炎藥， 可通過抑制環(huán)氧酶的活性， 從而抑制前例腺素的合成和疼痛的生理信號(hào)， 常用于減輕疼痛、 炎癥和發(fā)熱[1-2]. 目前， 已用于各種疾病治療， 如：動(dòng)脈導(dǎo)管未閉， 類風(fēng)濕性關(guān)節(jié)炎， 囊性纖維化， 立體性低張力， 牙痛， 痛經(jīng)， 發(fā)熱， 頭痛， 阿爾茨海默病， 帕金森病及乳房炎等. 同時(shí)， IBU具有較好的藥理活性， 分子尺寸為0.6～1 nm適合放置在無機(jī)介孔材料的介孔中[3]. 但其生物半衰期短(1～3 h)[1]， 需要頻繁給藥， 會(huì)產(chǎn)生毒副作用且其水溶性差， 高劑量口服后會(huì)刺激胃腸道造成廣譜胃腸道副作用， 輕度消化不良進(jìn)一步導(dǎo)致胃出血， 使IBU服用量受到限制. 因此， 需使用藥物傳遞體系通過腸外途徑直接將IBU送至感染部位， 使毒副作用最小化[4].

目前已研究出各種IBU控釋給藥系統(tǒng)， 如磁性納米粒子載藥體系可在外磁場(chǎng)作用下直接將藥物輸送到靶向位點(diǎn)處[5]； 石墨烯基藥物傳遞體系具有較大表面積可負(fù)載大量藥物， 且其基底表面和邊緣具有許多官能團(tuán)使其易于分散在水中和生理環(huán)境中[6]， 可用于一些水不溶性藥物的傳遞并實(shí)現(xiàn)pH響應(yīng)藥物釋放； 金屬-有機(jī)骨架納米復(fù)合物、 聚合物納米粒子、 TiO2納米粒子及介孔二氧化硅納米粒子、 聚吡咯微球， 以及這些納米粒子構(gòu)成的復(fù)合微球同樣可用于IBU藥物控釋體系[7-10]. 其中， 介孔二氧化硅納米粒子具有無毒性， 生物相容性， 化學(xué)穩(wěn)定性， 對(duì)氧化反應(yīng)具有惰性， 表面具有大量羥基可為進(jìn)一步修飾及IBU等藥物負(fù)載提供連接位點(diǎn)， 藥物也可嵌入到其介孔腔中， 從而提高載藥量并減緩藥物釋放速率； 且其制備方法簡(jiǎn)易， 以正硅酸乙酯為硅源通過St?ber法即可直接獲得. 聚吡咯作為一種有機(jī)聚合物光熱劑的較高的光熱轉(zhuǎn)換效率， 優(yōu)異的熱穩(wěn)定性， 電導(dǎo)率高， 生物相容性好且具有生物可降解性， 其骨架上的氨基可用于連接治療試劑來實(shí)現(xiàn)藥物傳遞. 同時(shí)， 吡咯單體通過簡(jiǎn)單的原位化學(xué)聚合或電化學(xué)聚合后即可得到聚吡咯粒子. 將介孔二氧化硅與聚吡咯結(jié)合后可獲得多功能IBU藥物控釋體系， 相比于單一納米粒子藥物載體， IBU不僅可通過氫鍵作用負(fù)載在介孔二氧化硅上， 同時(shí)聚吡咯涂層上的氨基也可為藥物提供連接位點(diǎn)， 使載藥量提高； 而且聚吡咯涂層的修飾使負(fù)載在mSiO2上的藥物釋放途徑延長(zhǎng)， 可減緩藥物釋放速率， 實(shí)現(xiàn)藥物緩釋， 并延長(zhǎng)藥物半衰期， 降低毒副作用， 同時(shí)深入研究聚吡咯涂層的光熱轉(zhuǎn)化能力及熱療效果， 還可以獲得具有高載藥量及緩慢藥物釋放能力的多功能藥物載體.

本文首先通過膠束聚集模板法合成介孔二氧化硅粒子， 再通過未使用任何表面活性劑的水熱法進(jìn)行聚吡咯涂層的修飾， 獲得介孔二氧化硅/聚吡咯復(fù)合微球. 采用SEM、 XRD、 FT-IR對(duì)產(chǎn)物的形貌、 物相、 結(jié)構(gòu)與化學(xué)成分進(jìn)行表征， 并研究其對(duì)布洛芬藥物的負(fù)載能力以及在pH= 7.4的磷酸氫二鈉-磷酸二氫鈉緩沖溶液中的藥物釋放行為.

1 實(shí)驗(yàn)方法

1.1 試劑與儀器

溴化(-)-N-十二基-N-甲基麻堿(DMEB)， 羧基乙基硅烷三醇鈉鹽(25wt%)水溶液(CSS)， 氫氧化鈉， 正硅酸乙酯(TEOS)， 無水乙醇， 過硫酸銨(APS)， 吡咯， 十二水合磷酸氫二鈉， 二水合磷酸二氫鈉， 布洛芬(IBU)， 所有藥品均為分析純. 主要儀器有： TESCAN MAIA 3 LMH型高分辨率掃描電子顯微鏡(捷克)， 德國(guó)Burker公司D8 Focus X射線衍射儀， FTIR-650傅里葉變換紅外光譜儀， 德國(guó)SPECORD 210 PLUS 紫外可見分光光度計(jì).

1.2 介孔二氧化硅(mSiO2)粒子的制備

通過膠束聚集模板法制備介孔二氧化硅(mSiO2)[11]. 將1 500 μL 濃度為0.125 mol·L-1的NaOH與40 mL的蒸餾水混合， 并加入10 mL濃度為7.8 mmol·L-1的溴化(-)-N-十二基-N-甲基麻堿水溶液和20 μL 的羧基乙基硅烷三醇鈉鹽(25wt%)水溶液CSS， 室溫下機(jī)械攪拌1 h. 之后逐滴加入300 μL 的TEOS繼續(xù)攪拌反應(yīng)8 h. 分離沉淀用蒸餾水和無水乙醇交替沖洗幾次， 并在60℃的烘箱中干燥4 h， 得到白色的mSiO2粒子研磨后用于下一步反應(yīng).

1.3 介孔二氧化硅/聚吡咯(mSiO2/PPy)復(fù)合微球的制備

采用未使用任何表面活性劑的水熱法進(jìn)行聚吡咯涂層的修飾[12]. 稱取上述制備的mSiO2粒子10 mg放入20 mL蒸餾水中， 超聲2 min后使其溶解. 加入100 μL的新鮮吡咯(使用前蒸餾并保存在4℃的棕色瓶中)， 攪拌1 h后轉(zhuǎn)移到反應(yīng)釜中， 并逐滴加入預(yù)先配制的過硫酸銨(APS)水溶液 (1 g APS放入10 mL蒸餾水中)， 140 ℃下水熱反應(yīng)8 h. 自然冷卻， 用蒸餾水和乙醇交替沖洗幾次后， 空氣干燥， 得到黑色的mSiO2/PPy復(fù)合微球.

1.4 布洛芬(IBU)的負(fù)載與釋放研究

考慮到安全性選用乙醇作為溶劑， 進(jìn)行布洛芬(IBU)藥物負(fù)載. 將7 mg上述獲得的 mSiO2/PPy 微球放入17.5 mL濃度為1 mg/mL的布洛芬/乙醇溶液中， 室溫下機(jī)械攪拌進(jìn)行藥物負(fù)載. 24 h后靜置吸取上清液并用一定量乙醇清洗， 用紫外可見分光光度計(jì)測(cè)上清液及清洗液中殘余的IBU濃度間接計(jì)算藥物負(fù)載量. 將得到的載藥mSiO2/PPy微球室溫下空氣干燥用于藥物釋放研究. 通過式(1)～(3)分別計(jì)算總載藥量、 包封率及載藥率.

總載藥量=C0V0-C1V1-C2V2,

(1)

式中：C0,C1和C2分別為藥物的初始濃度及上清液、 清洗液中的藥物濃度， mg/mL；V0,V1和V2分別為藥物的初始體積及上清液、 清洗液的體積， mL.

(2)

(3)

在pH=7.4的0.2 mol·L-1磷酸氫二鈉-磷酸二氫鈉緩沖溶液中進(jìn)行IBU藥物釋放. 將上述干燥后的載藥復(fù)合微球置于25 ml pH=7.4的0.2 mol·L-1磷酸氫二鈉-磷酸二氫鈉緩沖溶液中， 攪拌作用下進(jìn)行藥物釋放. 每間隔一段時(shí)間移取一定量上清液， 并加入等量的新鮮緩沖溶液保持體積恒定. 用紫外可見分光光度計(jì)測(cè)定藥物隨時(shí)間的釋放量變化， 得到pH=7.4條件下的藥物釋放曲線. 通過式(4)計(jì)算t時(shí)刻的累積藥物釋放率

(4)

2 結(jié)果與討論

2.1 機(jī)理分析

本文首先通過膠束聚集模板法合成介孔二氧化硅， 其中溴化(-)-N-十二基-N-甲基麻堿是一種雙子表面活性劑作為軟模板， 羧基乙基硅烷三醇鈉鹽作為助結(jié)構(gòu)導(dǎo)向劑. 當(dāng)DMEB濃度處于7.8 mmol·L-1以下時(shí)， 易于形成小的膠束聚集體， 加入CSS后通過靜電相互作用可進(jìn)一步穩(wěn)定膠束聚集體結(jié)構(gòu). 同時(shí)， 加入的正硅酸乙酯在堿性條件下快速水解縮合， 并迅速聚集在膠束聚集體周圍， 形成介孔殼層結(jié)構(gòu)， 進(jìn)一步生長(zhǎng)獲得介孔二氧化硅粒子. 第二步中， 通過未使用任何表面活性劑的水熱法進(jìn)行聚吡咯殼層的修飾. 在攪拌作用下吡咯單體首先吸附在mSiO2粒子表面， 加入氧化劑過硫酸銨后， 在水熱條件下， 吡咯單體聚合形成聚吡咯并進(jìn)一步生長(zhǎng)形成聚吡咯外殼， 從而得到mSiO2/PPy復(fù)合微球.

2.2 SEM分析

圖 1 給出了mSiO2納米粒子和mSiO2/PPy復(fù)合微球的SEM圖. 由圖 1(a) 可以看出， 所得到的mSiO2納米粒子為形狀規(guī)則的球形且粒徑均勻， 尺寸在120±30 nm. 由圖 1(b) 可以看出， 所得到的mSiO2納米粒子表面具有孔徑為2～3 nm均勻的小孔， 進(jìn)一步證實(shí)了所得到的SiO2納米粒子為介孔材料. 由圖 1(c) 可以看出， mSiO2/PPy復(fù)合微球粒子表面變得光滑， 表面介孔消失且尺寸增大到150～250 nm， 表明聚吡咯涂層成功地修飾在mSiO2納米粒子表面.

同時(shí)， 可觀察到聚吡咯涂層均勻地包覆在一個(gè)或多個(gè)mSiO2納米粒子表面， 獲得了mSiO2/PPy復(fù)合微球. 這些結(jié)果均表明合成了具有介孔二氧化硅納米粒子內(nèi)核， 聚吡咯外殼的mSiO2/PPy復(fù)合微球.

圖 1 樣品的SEM圖Fig.1 SEM images of samples

2.3 XRD分析

圖 2 為mSiO2納米粒子和mSiO2/PPy復(fù)合微球的XRD圖， 圖譜中均出現(xiàn)非晶態(tài)包峰. 在圖 2(a) 中， 15°～39°間出現(xiàn)明顯的包峰， 表明無定形非晶態(tài)mSiO2納米粒子的存在[13]. 圖2(b)中包峰的范圍發(fā)生微弱的變化 (16°～38°)， 證實(shí)了非晶態(tài)聚吡咯涂層的成功包覆使粒子尺寸發(fā)生較小變化， 從而使峰寬略微變窄. 這些結(jié)果與SEM表征相一致， 均表明 mSiO2/PPy 復(fù)合微球的形成.

圖 2 樣品的XRD圖Fig.2 XRD patterns of samples

2.4 FT-IR分析

為進(jìn)一步證實(shí)產(chǎn)物的結(jié)構(gòu)信息和化學(xué)成分進(jìn)行了紅外光譜分析， 圖 3 中給出了mSiO2納米粒子和mSiO2/PPy復(fù)合微球的FTIR圖. 所有樣品中， 3 432 cm-1和3 158 cm-1處為吸附水中-OH的非對(duì)稱伸縮振動(dòng)峰， 而-OH的彎曲伸縮振動(dòng)峰均處于1 635 cm-1[14]， 1 401 cm-1處出現(xiàn)的衍射峰為所用模板中的C-C伸縮振動(dòng)[15].

圖 3 樣品的FTIR圖Fig.3 FTIR spectra of samples

在圖 3(a) 中， 458 cm-1處為Si-O彎曲振動(dòng)峰， 798 cm-1和1 078 cm-1處分別為Si-O-Si對(duì)稱伸縮振動(dòng)和非對(duì)稱伸縮振動(dòng)[16]. 同時(shí)， Si-OH中硅醇基團(tuán)伸縮振動(dòng)出現(xiàn)在951 cm-1[14]處， 這些結(jié)果均表明mSiO2納米粒子的形成. 圖 3(b) 中， 781 cm-1處為聚吡咯環(huán)中C-H面外彎曲振動(dòng)， 850 cm-1處的新衍射峰為C-H面外變形振動(dòng)[17]. 在mSiO2/PPy復(fù)合微球中， 1 078 cm-1處的Si-O-Si非對(duì)稱伸縮振動(dòng)峰變?nèi)酰?這是由于在1 135 cm-1和1 088 cm-1處均存在聚吡咯的C-H面內(nèi)變形振動(dòng)[17]. 1 560 cm-1處為吡咯環(huán)伸縮振動(dòng)峰， C-N伸縮振動(dòng)峰出現(xiàn)在1 314 cm-1處. 1 635 cm-1和3 432 cm-1處的衍射峰變得尖銳， 這可歸因于在這兩處分別存在聚吡咯的C=C拉伸振動(dòng)和N-H拉伸振動(dòng)[1]. 這些結(jié)果均證實(shí)了在所得到的復(fù)合微球中存在mSiO2和PPy.

2.5 藥物負(fù)載與釋放性能

本文采用傳統(tǒng)的非甾體抗炎藥布洛芬作為藥物模型， 研究所形成的mSiO2/PPy復(fù)合微球的藥物負(fù)載與釋放行為. 使用乙醇作為溶劑進(jìn)行藥物負(fù)載， 由于其相比于布洛芬的其他良溶劑如正己烷毒性、 揮發(fā)性均變小且與人體的生理環(huán)境相似[18]. 研究表明， 相比于Kurczewska等人制備的載藥量?jī)H為182.72 mg/g的樹枝狀聚合物功能化的埃洛石納米管藥物載體和Gao等人制備的具有250 mg/g載藥量的介孔硅酸鹽藥物傳遞體系[8,18]， mSiO2/PPy復(fù)合微球的總載藥量可提升到534.28 mg/g， 包封率可達(dá)21.34%， 載藥率明顯提高至53.35%.

圖 4 mSiO2/PPy復(fù)合微球的IBU藥物釋放曲線Fig.4 IBU drug release curve of mSiO2/PPy composite microspheres

在pH=7.4的0.2 mol·L-1磷酸氫二鈉-磷酸二氫鈉緩沖溶液中進(jìn)行藥物釋放 (7.4 為人體體液的pH值)， 研究所形成的復(fù)合微球的藥物釋放行為. 圖 4 為載藥mSiO2/PPy復(fù)合微球在 pH=7.4 的緩沖液中的藥物釋放行為， 研究表明， 在前12 h內(nèi)藥物釋放速率較快， 累積藥物釋放量可達(dá)54%. 隨后的60 h內(nèi)藥物釋放量?jī)H為14%， 最終獲得68%的藥物釋放量. 這是由于在初始階段， 吸附在復(fù)合粒子表面的藥物可快速釋放， 接下來為通過氫鍵相連的藥物釋放， 隨后嵌入在mSiO2介孔腔中的藥物緩慢釋放， 使藥物釋放速率逐步減慢， 對(duì)負(fù)載的IBU藥物產(chǎn)生緩釋作用. 同樣， 所制備的mSiO2/PPy復(fù)合微球也可作為其他抗炎、 抗癌藥物載體， 以實(shí)現(xiàn)藥物的緩慢釋放.

3 結(jié) 論

本文首先通過膠束聚集模板法合成了粒徑為120±30 nm 的mSiO2納米粒子， 形貌均一且其表面具有均勻的介孔. 然后， 采用未使用任何表面活性劑的水熱法在mSiO2納米粒子表面進(jìn)行聚吡咯涂層的包覆， 獲得了尺寸處于150到250 nm 之間的表面光滑的mSiO2/PPy復(fù)合微球. 采用SEM， XRD和FT-IR等表征手段對(duì)所合成的產(chǎn)物進(jìn)行了形貌， 物相和化學(xué)成分及結(jié)構(gòu)信息的分析. 研究了mSiO2/PPy復(fù)合微球?qū)BU的負(fù)載能力， 其載藥率可提升至53.35%， 這可能是由于其不但具有大表面積的聚吡咯外殼， 而且內(nèi)核mSiO2擁有介孔腔也可為藥物提供連接位點(diǎn). 在pH=7.4的緩沖溶液中， 68%的藥物可在72 h內(nèi)釋放， 并實(shí)現(xiàn)了持續(xù)藥物釋放. 這些結(jié)果表明， 此復(fù)合微球可作為優(yōu)異的藥物控釋載體， 也可用于負(fù)載其他抗炎、 抗癌等藥物. 還可進(jìn)一步研究聚吡咯殼層的光熱轉(zhuǎn)化性能， 及此復(fù)合微球在體內(nèi)的藥物釋放行為.

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