宋芊，高海清，王應(yīng)席，李玲

(湖北高級(jí)有機(jī)化工材料協(xié)同創(chuàng)新中心，教育部有機(jī)合成與應(yīng)用重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，湖北大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院，湖北 武漢430062)

0 引言

近年來(lái)，羥基磷灰石(HAP，Ca10(PO4)6(OH)2)作為一種藥物載體逐漸受到人們的關(guān)注[1].由于HAP具有無(wú)毒、生物相容性好和比表面積大的優(yōu)勢(shì)，它已被廣泛用作各種藥物的藥物儲(chǔ)存/釋放系統(tǒng)中的載體.與傳統(tǒng)的藥物載體不同的是，HAP材料具有高比表面積和羥基，可以與適合的藥物官能團(tuán)反應(yīng)，因此能夠負(fù)載和釋放藥物分子[2].然而，HAP作為藥物載體，載藥量不高，并在早期總是存在藥物突釋的問題，在治療部位難以形成平穩(wěn)、有效的藥物濃度，導(dǎo)致HAP的應(yīng)用受到限制.為達(dá)到良好的藥物緩釋效果，可以將HAP與其他材料形成復(fù)合材料.

GO(氧化石墨烯(GO))是一種具有二維蜂窩結(jié)構(gòu)的新型納米材料[3]，以其優(yōu)異的力學(xué)、熱學(xué)、電學(xué)和光學(xué)性能引起了眾多學(xué)者的關(guān)注[4-5].近年來(lái)，在生物醫(yī)學(xué)應(yīng)用[6]，特別是生物靶向和藥物遞送方面的探索取得了一定的成果[7-8].有研究者采用聚乙烯納米載體通過非共價(jià)物理吸附作用來(lái)加載抗癌藥物[9-10].也有研究者發(fā)現(xiàn)，抗癌藥物鹽酸阿霉素負(fù)載在氧化石墨烯上，負(fù)載藥物與載體的負(fù)載重量比高達(dá)200%[11].此外，氧化石墨烯具有許多羧基、羥基和環(huán)氧基團(tuán)，可以增加與藥物分子之間的作用，從而達(dá)到緩釋的目的.

基于GO的優(yōu)勢(shì)[12]，將其添加到HAP中形成HAP/GO的混合體，有望提高HAP的載藥量.由于GO有大量的羥基、羧基等親水性官能團(tuán)[13-14]，能與HAP配位且能與布洛芬氫鍵[15]結(jié)合.因此，HAP/GO復(fù)合材料有望作為藥物緩釋材料.本研究中，合成了HAP和GO的復(fù)合材料HAP/GO，選擇IBU(布洛芬)作為藥物模型，比較相同條件下HAP和HAP/GO的載藥量和釋藥量，考察HAP/GO作為布洛芬緩釋材料的基本性能.

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 材料與方法雞蛋殼收集于學(xué)校食堂，清洗干凈后，小心的把雞蛋殼內(nèi)膜剝下，60 ℃烘干48 h，將雞蛋殼于碾磨機(jī)中碾成粉末，備用.石墨，布洛芬為阿拉丁試劑，環(huán)己烷、Na2HPO4·12H2O、NaH2PO4·2H2O、NH4H2PO4均為國(guó)藥制藥廠試劑，所有試劑均為分析純，實(shí)驗(yàn)用水為二次去離子水.

JSM6510LV掃描電子顯微鏡(JEOL,Japan)獲得掃描電子顯微鏡圖像；D/max-IIIC X線衍射儀(Rigaku,Japan)測(cè)試粉末X線衍射(XRD)；單頻紅外分光光度計(jì)(PerkinElmer,USA)獲取傅里葉變換紅外(FT-IR)光譜；比表面積通過使用BET(BrunauereEmmeteTeller)在77 K(Belsorp-max)下的N2物理吸附結(jié)果計(jì)算.

1.2 HAP的制備對(duì)文獻(xiàn)報(bào)道的HAP制備方法[16]進(jìn)行了一些修改，制備方法具體如下：將0.3 g蛋殼粉末加入25 mL 0.1 g/mL NH4H2PO4溶液中，轉(zhuǎn)移至聚四氟乙烯反應(yīng)釜中，放入烘箱中，120 ℃加熱24 h.冷卻至室溫后，通過離心分離反應(yīng)產(chǎn)物，并用蒸餾水和無(wú)水乙醇交替洗滌3次，然后在60 ℃下干燥24 h，得到HAP.

1.3 HAP/GO的制備GO是通過改進(jìn)的hummer方法制備的[13].HAP/GO的合成如圖1所示.10%和20%GO分別加入到0.1 g/mL NH4H2PO4溶液中超聲分散中.將0.3 g雞蛋殼粉末加入到上述混入了GO的25 mL NH4H2PO4溶液中，轉(zhuǎn)移至聚四氟乙烯反應(yīng)釜中，放入烘箱中，120 ℃加熱24 h.冷卻至室溫后，通過離心分離反應(yīng)產(chǎn)物，并用蒸餾水和無(wú)水乙醇交替洗滌3次，然后在60 ℃下干燥24 h,得到HAP/GO.

1.4 IBU的負(fù)載實(shí)驗(yàn)將布洛芬(IBU，50 mg)先溶解在環(huán)己烷(50 mL)中，然后加入HAP(500 mg).將混合物密封后在室溫下靜置72 h，取上清液在260 nm波長(zhǎng)下通過UV-vis光譜分析.IBU的校準(zhǔn)曲線是通過吸光度與IBU濃度的關(guān)系確定的.對(duì)于此區(qū)間，校準(zhǔn)曲線遵循Beer-Lambert定律：

A=1.27C+0.007 5

其中A是吸光度，C是IBU濃度(mg/mL).

吸附了IBU的HAP經(jīng)離心分離后，60 ℃真空干燥，用于藥物釋放測(cè)定.HAP/GO雜化材料的IBU負(fù)載實(shí)驗(yàn)按相同方法操作.

1.5 藥物釋放將負(fù)載IBU的HAP裝入透析袋，將Na2HPO4·12H2O溶液(0.2 mol/L)和檸檬酸溶液(0.1 mol/L)按體積比(pH=7.4)設(shè)置緩沖溶液(PBS).加入1.5 ml緩沖溶液后密封透析袋.然后置于20 mL的PBS(pH=7.4)溶液中，將樣品于恒溫?fù)u床中輕輕搖動(dòng)，設(shè)定溫度為37 ℃.每隔一段時(shí)間，取出3 mL溶液，以在264 nm處測(cè)其吸光度，并補(bǔ)充相同體積的新鮮PBS緩沖溶液代替.HAP/GO雜化材料的藥物釋放實(shí)驗(yàn)按相同方法操作.

2 結(jié)果與討論

2.1 HAP和HAP/GO的表征HAP和HAP/GO的XRD如圖2所示.33.5°、32.0°、31.8°、30.11°、29.60°和28.94°的峰分別對(duì)應(yīng)于HAP的(202)、(300)、(211)、(121)、(002)和(101)衍射面.HAP的特征衍射峰保留在HAP/GO中，這表明雜化材料中保留HAP的基本晶體結(jié)構(gòu).然而，HAP與HAP/GO雜化材料在10°～20°之間衍射峰明顯有區(qū)別，說明GO的加入對(duì)材料的結(jié)構(gòu)有影響.

HAP與HAP/GO的紅外表征如圖3所示.3 400 cm-1處為GO中羥基的特征峰，1 703 cm-1處為GO中—COOH中C—O的伸縮振動(dòng)峰(黑線).980 cm-1處是PO43-的對(duì)稱伸縮峰，1 110 cm-1和1 037 cm-1的峰為PO43-的振動(dòng)峰，而603 cm-1和566 cm-1的峰為PO43-的彎曲峰(紅線)，這些HAP的特征峰在HAP/GO中也可以觀察到，說明雜化材料HAP/GO中基本保留了HAP的基本晶體結(jié)構(gòu).但在3 000 cm-1～ 4 000 cm-1范圍內(nèi)，HAP與HAP/GO的峰值區(qū)別較大.并且，當(dāng)GO含量較高時(shí)，雜化材料中GO的特征峰變得更強(qiáng).說明了GO的加入對(duì)雜化材料有影響.值得注意的是，1 703 cm-1處屬于—COOH的峰在雜化材料中很弱，很難觀察到.這是由于雜化材料中，GO的—COOH與HAP之間存在相互作用.

HAP和HAP/GO的SEM圖像如圖4所示.HAP/GO和HAP的形狀特征完全不同，HAP是大小均勻的胡須形狀.在10%GO的HAP/GO中，結(jié)構(gòu)就像花一樣，表明該材料不是HAP和GO簡(jiǎn)單摻雜，而是新材料的形成.含有20% GO的HAP/GO看起來(lái)像帶有鱗片聚集的花，這與含有10% GO的HAP/GO的形狀不同.進(jìn)一步證明GO的量對(duì)結(jié)構(gòu)有很大影響.圖5顯示了HAP和HAP/GO的N2吸附-解吸等溫線和孔徑分布.可以看出，所有材料在低壓區(qū)都有一定的吸附能力，而在中高壓區(qū)有磁滯回線，均顯示I/IV混合型等溫線.根據(jù)孔徑分布曲線，在4 nm和20 nm處可以觀察到明顯的介孔分布，如圖5(b)所示.添加GO后，在4 nm、6 nm和約10 nm處可觀察到明顯的介孔分布，如圖5(d)所示.可以解釋為GO填充了HAP的部分孔隙，形成了雜化材料，從而引起孔徑分布發(fā)生了變化.但是，當(dāng)GO的含量過多時(shí)，GO很容易聚合在一起，導(dǎo)致孔徑分布不是那么清楚，如圖5(f)所示.結(jié)論與SEM圖像一致.

通過N2吸附-解吸等溫線計(jì)算的相應(yīng)結(jié)構(gòu)參數(shù)如表1所示.HAP的BET表面積和孔體積分別為575 m2·g-1和0.39 cm3·g-1，遠(yuǎn)低于HAP/GO表面積1 214 m2·g-1和孔體積0.61 cm3·g-1.HAP/GO的孔徑要小得多.因此，適量的GO的加入對(duì)HAP的結(jié)構(gòu)有很大的影響，大大增加了表面積、孔容和更小的孔徑，這些都是促成優(yōu)異吸附性能的積極因素.

表1 (a) HAP, (b) HAP/GO (10%) 和(c) HAP/GO (20%) 的孔隙率分析

2.2 IBU的負(fù)載和緩釋的應(yīng)用HAP與HAP/GO的IBU載藥量比較如圖6所示.可以看出，GO含量為10%的HAP/GO雜化材料載藥量最高.這可能是由GO結(jié)構(gòu)中的羥基、羧基等基團(tuán)引起的.IBU結(jié)構(gòu)也有羥基，這些基團(tuán)可以與雜化分子的GO形成氫鍵.因此，雜化材料對(duì)布洛芬有更高的載藥量.并且含有20%GO的HAP/GO的載藥量甚至低于HAP，這表明GO的量在雜化材料中非常重要.GO的適量加入可以提高載藥量，但如果GO量過多，會(huì)因?yàn)镚O的聚集從而削弱材料的載藥量.

HAP/GO雜化材料在144 h內(nèi)的藥物釋放如圖7所示，插入圖為5 h內(nèi)的釋放.HAP和HAP/GO(10% GO)在5 h內(nèi)釋放量分別為48%和40%.HAP/GO(20% GO)在5 h內(nèi)釋放量約35%.可以看出，在前5 h，HAP/GO(20% GO)布洛芬的釋放量最低.

然而，HAP在24 h后表現(xiàn)出75%的釋放，然后在120 h后緩慢釋放.HAP/GO(20% GO)在24 h內(nèi)釋放75%，然后在120 h后緩慢釋放.而HAP/GO(10% GO)在24 h內(nèi)表現(xiàn)出約60%的突然釋放，隨后釋放相對(duì)緩慢，144 h后完全釋放.可以得出結(jié)論，HAP/GO(10% GO)的藥物緩釋的效果最好.

多孔材料的吸附有不同的吸附作用.物理吸附會(huì)使吸附的藥物分子容易發(fā)生解吸附，導(dǎo)致迅速釋放，難以符合藥物緩釋的要求.GO有很多羧基和羥基，而IBU也有羧基，因此HAP/GO和IBU之間形成氫鍵.因此，HAP/GO雜化材料中的藥物分子IBU釋放更慢，說明適當(dāng)添加GO不僅可以提高載藥量，而且可以達(dá)到更好的給藥效果.然而，當(dāng)GO的量不斷增加時(shí)，GO可能會(huì)聚集并填充HAP的孔隙，這將導(dǎo)致吸附減少和藥物釋放效果變差.

據(jù)此，推測(cè)了雜化材料的形成機(jī)理[17]，如圖8所示.

也可以解釋為，當(dāng)GO含量增加時(shí)，結(jié)構(gòu)更加聚集.—COOH基團(tuán)和—OH基團(tuán)可以相互作用，然后在雜化材料中發(fā)生GO的聚集.

3 結(jié)論

本研究中，以雞蛋殼為原料，加入GO，成功合成并表征了HAP和HAP/GO雜化材料.表征結(jié)果表明，含有10% GO的HAP/GO具有優(yōu)良的花狀結(jié)構(gòu).還進(jìn)行了IBU負(fù)載和釋放實(shí)驗(yàn).結(jié)果表明，含有10% GO的HAP/GO具有最佳性能.GO的含量在雜化材料的形成中非常重要，對(duì)結(jié)構(gòu)和性質(zhì)有影響.GO的適當(dāng)加入不僅可以提高載藥量，而且可以實(shí)現(xiàn)更好的緩釋.