本發(fā)明屬于生物醫(yī)用材料領(lǐng)域，更具體地講，涉及一種具有放射狀孔道的介孔生物玻璃納米球及其制備方法。

背景技術(shù)：

介孔生物玻璃(mesoporous bioactive glass,MBG)是以硅基質(zhì)為基礎(chǔ)組成成分，并具有介孔結(jié)構(gòu)的新型納米材料。目前，通過(guò)在溶膠-凝膠反應(yīng)過(guò)程中加入表面活性劑可制備介孔尺寸在2-10nm的介孔生物玻璃?；诮榭咨锊ＡЬ哂懈弑缺砻娣e，均一可調(diào)的的孔徑，其在生物催化、骨組織修復(fù)和藥物載體等領(lǐng)域的潛在應(yīng)用已經(jīng)吸引了廣泛關(guān)注。我們最近發(fā)現(xiàn)介孔生物玻璃支架植入大鼠股骨髁部后，可在12周內(nèi)顯著促進(jìn)新骨生成，并提高成骨相關(guān)基因的表達(dá)水平。吳成鐵等人的研究發(fā)現(xiàn)介孔生物玻納米顆粒能夠負(fù)載鹽酸阿霉素，并在通過(guò)對(duì)藥物的釋放抑制人骨肉瘤細(xì)胞的活性。

然而，隨著納米技術(shù)的不斷發(fā)展，為真正滿(mǎn)足不同應(yīng)用領(lǐng)域的需求，人們對(duì)介孔生物玻璃的結(jié)構(gòu)提出了更高的要求。如作為納米反應(yīng)器的理想載體應(yīng)具有空心介孔結(jié)構(gòu)；應(yīng)用于光學(xué)反應(yīng)器應(yīng)的納米材料應(yīng)具有一維結(jié)構(gòu)等等。而用作藥物控釋的納米載體則可能需要具備放射狀孔道結(jié)構(gòu)。這主要是由于納米藥物載體徑向開(kāi)放的多級(jí)孔道結(jié)構(gòu)有利于藥物的負(fù)載和傳遞，可能會(huì)大大提高了該類(lèi)結(jié)構(gòu)的介孔材料在藥物控釋領(lǐng)域的應(yīng)用效率。然而，目前利用十六烷基三甲基溴化銨、聚環(huán)氧乙烷-聚環(huán)氧丙烷-聚環(huán)氧乙烷三嵌段共聚物等表面活性劑制備的介孔生物玻璃納米顆粒其介孔通道往往呈無(wú)序排列的狀態(tài)，并不具備這種放射狀孔道結(jié)構(gòu)，由此可能會(huì)限制介孔生物玻璃在納米藥物載體領(lǐng)域的應(yīng)用前景。

因此，有必要采用一種新的方法來(lái)制備一類(lèi)具有放射狀孔道的介孔生物玻璃納米球。這一方法的關(guān)鍵，首先在于選擇一種合適的模板劑，保證其在溶解過(guò)程中極性基團(tuán)內(nèi)向聚集的同時(shí)自身的長(zhǎng)鏈分子能夠向外輻射；此外，還要保證硅源在溶劑中水解后生成的表面帶負(fù)電的Si(OH)₄粒子能夠通過(guò)電荷匹配的機(jī)制在模板劑表面生長(zhǎng)，進(jìn)而形成具有放射狀孔道的介孔生物玻璃納米球。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的第一個(gè)目的在于提供一種具有放射狀孔道的介孔生物玻璃納米球的制備方法。

本發(fā)明的第二個(gè)目的在于提供一種具有放射狀孔道的介孔生物玻璃納米球。

本發(fā)明的第三個(gè)目的在于提供具有放射狀孔道的介孔生物玻璃納米球的應(yīng)用。

為實(shí)現(xiàn)本發(fā)明第一個(gè)目的，本發(fā)明公開(kāi)以下技術(shù)方案：一種具有放射狀孔道的介孔生物玻璃納米球的制備方法，其特征在于，所述方法包括如下步驟：

步驟1，將硅源、鈣源、磷源、模板劑和助模板劑溶解于去離子水，并加入氫氧化鈉，18-37℃下攪拌，獲得凝膠，其中硅源、鈣源和磷源的摩爾比以硅、鈣、磷元素記為(60-90)：(5-35)：5，所述模板劑為溴代十六烷基吡啶，所述助板劑為聚乙烯醇或聚乙烯吡咯烷酮中的一種或兩種；

步驟2，將獲得的凝膠移入聚四氟乙烯反應(yīng)釜中，60-80℃下反應(yīng)；

步驟3，待反應(yīng)結(jié)束后，取出聚四氟乙烯反應(yīng)釜中的凝膠，分別用無(wú)水乙醇和去離子水洗滌，干燥；

步驟4，待干燥后，500-800℃煅燒，得到具有放射狀孔道的介孔生物玻璃納米球。

作為一個(gè)優(yōu)選方案，所述硅源選自正硅酸乙酯。

作為一個(gè)優(yōu)選方案，所述鈣源選自硝酸鈣和其水合物中的至少一種。

作為一個(gè)優(yōu)選方案，所述磷源選自磷酸三乙酯。

作為一個(gè)優(yōu)選方案，所述氫氧化鈉的加入量為0.023-0.01M NaOH，優(yōu)選0.048M NaOH。

為實(shí)現(xiàn)本發(fā)明第二個(gè)目的，本發(fā)明公開(kāi)以下技術(shù)方案：利用上述方法制備獲得的具有放射狀孔道的介孔生物玻璃納米球。

作為一個(gè)優(yōu)選方案，納米球的大小尺寸為50-250nm，介孔通道寬度為2-10nm。

為實(shí)現(xiàn)本發(fā)明第三個(gè)目的，本發(fā)明公開(kāi)以下技術(shù)方案：具有放射狀孔道的介孔生物玻璃納米球在制備藥物、蛋白和基因載體中的應(yīng)用。

本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于：該方法可以通過(guò)調(diào)整硅源、鈣源和磷源的比例，獲得具有不同尺寸的放射狀孔道介孔生物玻璃納米球。本發(fā)明制備工藝簡(jiǎn)便易行，所制備的放射狀孔道的介孔生物玻璃納米球在醫(yī)藥領(lǐng)域具有巨大的應(yīng)用前景，可作為藥物、蛋白和基因的納米載體用于體內(nèi)治療。

附圖說(shuō)明

圖1是實(shí)施例1制得的放射狀孔道的介孔生物玻璃納米球的透射電鏡圖。

圖2是實(shí)施例1制得的放射狀孔道的介孔生物玻璃納米球的粒徑分布結(jié)果。

圖3是實(shí)施例1制得的放射狀孔道的介孔生物玻璃納米球的能譜分析結(jié)果。

圖4是實(shí)施例1制得的放射狀孔道的介孔生物玻璃納米球的氮?dú)馕?脫附圖。

圖5是實(shí)施例2制得的放射狀孔道的介孔生物玻璃納米球的透射電鏡圖。

圖6是實(shí)施例3制得的放射狀孔道的介孔生物玻璃納米球的透射電鏡圖。

圖7是實(shí)施例4制得的不具備明顯放射狀孔道的介孔生物玻璃納米球的透射電鏡圖。

圖8是實(shí)施例5制得的共聚生長(zhǎng)且介孔通道無(wú)序排列的介孔生物玻璃納米球的透射電鏡圖。

圖9是實(shí)施例6具有放射狀介孔通道結(jié)構(gòu)的MBG納米球裝載阿霉素的載藥率結(jié)果。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合具體實(shí)施例，進(jìn)一步闡述本發(fā)明。下述實(shí)施例中所使用的實(shí)驗(yàn)方法如無(wú)特殊說(shuō)明，均為常規(guī)方法。下述實(shí)施例中所用的材料、試劑等，如無(wú)特殊說(shuō)明，均可從商業(yè)途徑得到。應(yīng)理解，這些實(shí)施例僅用于說(shuō)明本發(fā)明而不用于限制本發(fā)明的范圍。

實(shí)施例1.

將0.23g氫氧化鈉，1.0g聚乙烯吡咯烷酮溶解于120mL去離子水中，并攪拌10分鐘；加入1.4g陽(yáng)離子表面活性劑溴代十六烷基吡啶繼續(xù)攪拌60分鐘；加入1.1g四水合硝酸鈣(Ca(NO₃)₄·4H₂O)，5.22g正硅酸四乙酯(TEOS)，0.56g磷酸三乙酯(TEP)，室溫下攪拌24小時(shí)，得到穩(wěn)定的溶膠；將溶膠轉(zhuǎn)移至聚四氟乙烯反應(yīng)釜內(nèi)，于80℃條件下行水合反應(yīng)48小時(shí)。待反應(yīng)結(jié)束后，將產(chǎn)物分別用無(wú)水乙醇和去離子水洗凈三次，100℃干燥過(guò)夜。最后將干燥后的凝膠在馬弗爐內(nèi)550℃燒結(jié)5小時(shí)，即可得到具有放射狀孔道的介孔生物玻璃納米球。

圖1的結(jié)果顯示，制備的介孔生物玻璃納米球具有明顯的放射狀介孔通道結(jié)構(gòu)，納米球大小均勻，約為50-90nm；流體粒徑的測(cè)試結(jié)果(圖2)顯示納米球的流體粒徑為245.53±7.56nm。圖3的結(jié)果表明具有放射狀孔道的介孔生物玻璃納米球的主要組分為硅(53.58Wt％)和鈣(4.1Wt％)。合成的介孔生物玻璃納米球具有高比表面積，為593.7660m²/g(圖4)。

實(shí)施例2.

將0.11g氫氧化鈉，1.0g聚乙烯吡咯烷酮溶解于120mL去離子水中，并攪拌10分鐘；加入1.4g陽(yáng)離子表面活性劑溴代十六烷基吡啶繼續(xù)攪拌60分鐘；加入1.1g四水合硝酸鈣(Ca(NO₃)₄·4H₂O)，5.22g正硅酸四乙酯(TEOS)，0.56g磷酸三乙酯(TEP)，室溫下攪拌24小時(shí)，得到穩(wěn)定的溶膠；將溶膠轉(zhuǎn)移至聚四氟乙烯反應(yīng)釜內(nèi)，于80℃條件下行水合反應(yīng)48小時(shí)。待反應(yīng)結(jié)束后，將產(chǎn)物分別用無(wú)水乙醇和去離子水洗凈三次，100℃干燥過(guò)夜。最后將干燥后的凝膠在馬弗爐內(nèi)550℃燒結(jié)5小時(shí)，即可得到具有放射狀孔道的介孔生物玻璃納米球。圖5的結(jié)果顯示，制備的介孔生物玻璃納米球大小為50nm左右，仍具有放射狀孔道結(jié)構(gòu)。

實(shí)施例3.

將0.23g氫氧化鈉，1.0g聚乙烯吡咯烷酮溶解于120mL去離子水中，并攪拌10分鐘；加入1.4g陽(yáng)離子表面活性劑溴代十六烷基吡啶繼續(xù)攪拌60分鐘；加入2.57g四水合硝酸鈣(Ca(NO₃)₄·4H₂O)，3.92g正硅酸四乙酯(TEOS)，0.56g磷酸三乙酯(TEP)，室溫下攪拌12小時(shí)，得到穩(wěn)定的溶膠；將溶膠轉(zhuǎn)移至聚四氟乙烯反應(yīng)釜內(nèi)，于80℃條件下行水合反應(yīng)48小時(shí)。待反應(yīng)結(jié)束后，將產(chǎn)物分別用無(wú)水乙醇和去離子水洗凈三次，80℃干燥過(guò)夜。最后將干燥后的凝膠在馬弗爐內(nèi)600℃燒結(jié)5小時(shí)，即可得到具有放射狀孔道的介孔生物玻璃納米球。圖6顯示為該條件下制備的介孔生物玻璃納米球，大小200-250nm作為，外層仍具有放射狀孔道結(jié)構(gòu)。

實(shí)施例4.

將0.23g氫氧化鈉，1.0g聚乙烯吡咯烷酮溶解于120mL去離子水中，并攪拌10分鐘；加入1.4g表面活性劑十六烷基三甲基溴化銨繼續(xù)攪拌60分鐘；加入1.1g四水合硝酸鈣(Ca(NO₃)₄·4H₂O)，5.22g正硅酸四乙酯(TEOS)，0.56g磷酸三乙酯(TEP)，室溫下攪拌24小時(shí)，得到穩(wěn)定的溶膠；將溶膠轉(zhuǎn)移至聚四氟乙烯反應(yīng)釜內(nèi)，于80℃條件下行水合反應(yīng)48小時(shí)。待反應(yīng)結(jié)束后，將產(chǎn)物分別用無(wú)水乙醇和去離子水洗凈三次，100℃干燥過(guò)夜。最后將干燥后的凝膠在馬弗爐內(nèi)550℃燒結(jié)5小時(shí)，獲得介孔生物玻璃納米球。

圖7的結(jié)果顯示，當(dāng)選用十六烷基三甲基溴化銨替代溴代十六烷基吡啶作為陽(yáng)離子表面活性劑是，制備的介孔生物玻璃納米球呈現(xiàn)蠕蟲(chóng)狀介孔結(jié)構(gòu)，并不具有明顯的放射狀介孔通道結(jié)構(gòu)。

實(shí)施例5.

將0.7ml 2M氫氧化鈉0.14g聚乙烯吡咯烷酮溶解于96mL去離子水中，并攪拌10分鐘；加入0.189g陽(yáng)離子表面活性劑溴代十六烷基吡啶繼續(xù)攪拌60分鐘；加入1.25g正硅酸四乙酯(TEOS)室溫下攪拌24小時(shí)后將溶膠轉(zhuǎn)移至聚四氟乙烯反應(yīng)釜內(nèi)，于80℃條件下行水合反應(yīng)48小時(shí)。待反應(yīng)結(jié)束后，將產(chǎn)物分別用無(wú)水乙醇和去離子水洗凈三次，100℃干燥過(guò)夜。最后將干燥后的凝膠在馬弗爐內(nèi)550℃燒結(jié)5小時(shí)。

圖8的結(jié)果顯示，當(dāng)在制備過(guò)程中，不加入鈣源與磷源時(shí)，合成的介孔生物玻璃納米球介孔孔道無(wú)序排列，且納米球出現(xiàn)了共聚生長(zhǎng)，沒(méi)有形成分散良好的獨(dú)立納米球。

實(shí)施例6.

MBG納米球載藥率的測(cè)定

(1)阿霉素(DOX)標(biāo)準(zhǔn)曲線的建立：

精密稱(chēng)取DOX 10mg，加水溶解并定容至10ml，配置成為1mg/mL的儲(chǔ)備液。精密量取適量別稀釋成濃度為5，12.5，17.5，25和30ug/mL的標(biāo)準(zhǔn)溶液。利用紫外分光光度計(jì)測(cè)定其吸光度，并以濃度為X軸，吸光度為Y軸進(jìn)行線性回歸。DOX的標(biāo)準(zhǔn)曲線為Y＝0.0232X-0.0063，相關(guān)系數(shù)R²＝0.9995，在5-30ug/ml的濃度范圍內(nèi)，線性關(guān)系良好。

(2)MBG納米球裝載DOX

DOX分別按125，250和500ug/mL溶于PBS溶液中。選用實(shí)施例1中制備的MBG納米球4mg，分別加入到不同濃度的、4mL DOX-PBS溶液中。在避光條件下，室溫振蕩24小時(shí)后，8000rpm離心15分鐘，分離上清和裝載DOX的MBG納米球。利用紫外分光光度計(jì)，通過(guò)裝載藥物前后DOX-PBS溶液的濃度變化，計(jì)算MBG納米球的藥物負(fù)載量。

圖9的結(jié)果顯示，當(dāng)DOX與MBG的投料比在1:4和1:8時(shí)，MBG納米球展現(xiàn)出了較高的載藥率，分別為90.46％±0.84％和93.06±0.78％，表明具有放射狀孔道結(jié)構(gòu)的MBG納米球可以作為一種極具潛力的納米藥物載體進(jìn)行更為深入的研究。

以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對(duì)于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和潤(rùn)飾，這些改進(jìn)和潤(rùn)飾也應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。