Fe3O4@SiO2嵌段聚合物复合粒子的制备及药物控制释放行为.doc

Fe3O4@SiO2嵌段聚合物复合粒子的制备及药物控制释放行为 武承林, 贺欢, 高红军, 刘赣, 马如江, 安英丽, 史林启* 功能高分子材料教育部重点实验室 南开大学高分子化学研究所, 天津 300071 * 通讯作者, E-mail: shilinqi@ 收稿日期: 2009-11-23; 接受日期: 2009-12-16 摘要 本文通过多步反应制备了一种新型的、多层结构的、多功能的磁性纳米复合粒子, (Fe3O4@SiO2@Polymer). 纳米复合粒子内核是磁性Fe3O4纳米粒子, SiO2包裹在Fe3O4上能够使其稳定分散和保护其不被腐蚀氧化; 中间层是生物相容的聚天冬氨酸(PAsp)载药层; 最外层是亲水的聚乙二醇(PEG)稳定层. 磁性纳米复合粒子各层都是生物相容的, 利用静电作用将抗癌药物阿霉素(DOX)负载在磁性纳米复合粒子中, 通过PAsp的pH响应调节了DOX的释放速率. 关键词 磁性纳米复合粒子 Fe3O4@SiO2 多层结构 药物释放 1 引言 近年来, 磁性纳米材料由于其独特的物理性质在催化剂、磁共振成像、药物控制释放等方面的应用而受到人们的普遍关注[1~4]. 该材料主要是以铁氧化物为主, 包括有Fe3O4、钴铁氧体和钴铁合金等, 磁性纳米粒子容易团聚和腐蚀氧化[5], 从而影响了其应用. 许多人利用表面活性剂或者嵌段聚合物对Fe3O4纳米粒子包裹来增加Fe3O4的分散性和稳定性[6~10]. 一般情况下, 表面活性剂和嵌段聚合物可以通过化学或者物理吸附作用形成单层或者多层结构来稳定和保护磁性纳米粒子. 聚合物上一般需要带有可以发生作用的官能团, 例如: 羧酸根, 磷酸根, 硫酸根等可以链接Fe3O4纳米粒子上. 一些表面修饰的Fe3O4的纳米粒子可以与生物相容的聚合物相互作用形成纳米复合粒子, 应用于药物控制释放和造影剂中[11, 12], 但是聚合物一般不能保护易于反应腐蚀的磁性纳米粒子, 这种方法得到的复合结构往往不稳定, 在血液循环中很容易解离分散, 这就需要更有效的方法来稳定和保护磁性纳米粒子. 硅是一种生物相容性好的材料, 可以直接包裹磁性Fe3O4纳米粒子, 形成稳定的核壳结构[13, 14]. 这种核壳结构有很多优点, 例如: 硅球表面有易于反应的官能团, 粒径容易控制等, 但是硅球易于团聚, 并且单独Fe3O4@SiO2纳米粒子很难负载药物, 这就需要设计复杂体系来满足药物的靶向控制释放的要求. 本文用硅材料通过St?ber方法和溶胶凝胶过程对纳米粒子Fe3O4包覆, 形成核壳结构Fe3O4@SiO2, 在硅球上链接生物相容的聚乙二醇-b-聚天冬氨酸(PEG-b-PAsp)嵌段聚合物, 制备了新型的、多层结构的、多功能的磁性纳米复合粒子(图1). 在该种多层结构中, 外层亲水性的PEG在增加纳米粒子稳定性的同时还可以增加粒子在血液中的循环时间; PAsp可以通过静电作用有效地实现抗癌药物阿霉素 (DOX)的负载, 内层的SiO2能够稳定在血液循环过程中的纳米粒子结构, 增加Fe3O4的稳定分散及保护其不被腐蚀氧化, 这种多层结构的磁性纳米复合粒 图1 磁性纳米复合粒子的制备及载药过程示意图 子将来有可能应用于药物靶向控制释放中. 2 实验部分 2.1 试剂与仪器 单羟基聚乙二醇(PEG114-OH, MW=5000 Da, PDI=1.05, Across), PEG114-NH2根据文献合成[15, 16], 四乙基硅氧烷(TEOS), 天冬氨酸(Asp), (3-丙基氨基)三乙基硅氧烷(APS)和1-乙基(3-二甲基氨基丙基)碳二亚胺盐酸盐(EDC·HCl)(AR, Alfa), DOX(浙江海正药业股份有限公司), N-羟基琥珀酰亚胺(NHS)(国药集团化学试剂有限公司), 其他试剂均为分析纯, 使用前未经过纯化处理. 嵌段聚合物PEG-b-PAsp的数均分子量通过核磁共振(1H NMR)进行测定, 1H NMR采用Varian UNITY plus-400核磁共振波谱仪(LS)测定磁性纳米粒子的粒径, LS采用美国Brookhaven公司BI-9000ATCoherent公司BI-200SM光度计, 激光波长636 nm. TEM表征采用EM400ST, 加速电压为200 kV. 负载抗癌药物DOX磁性纳米复合粒子的DOX体外释放行为通过紫外分光光度计 (岛津公司UV-Vis 2550)进行测量. 纳米粒子的磁性强弱通过振动样品磁强计(LDJ 9600VSM)进行测量. 2.2 嵌段聚合物PEG-b-PAsp的合成 嵌段共聚物PEG-b-PAsp是根据文献合成的[15, 16], 将PEG114-NH2(