Fe3 O4＠C納米材料制備及其藥物緩釋性能

徐文惠，陳志明，吳之傳

（安徽工程大學(xué) 生物與化學(xué)工程學(xué)院，安徽 蕪湖 241000）

藥物緩釋是指將小分子藥物與高分子載體以物理或化學(xué)方法結(jié)合，在體內(nèi)通過擴散、滲透等控制方式，將小分子藥物以適當(dāng)?shù)馁|(zhì)量濃度持續(xù)地釋放出來，從而達到充分發(fā)揮藥物功效的目的[1].目前，藥物緩釋載體負(fù)載藥物的常用方法包括：噴霧干燥法、乳化溶劑揮發(fā)法、自乳化溶劑擴散法、相分離法、溶液吸附法、直接填充法和化學(xué)結(jié)合等[2].藥物載體是藥物緩釋體系的重要組成部分，也是影響藥效的主要因素.由于藥物釋放系統(tǒng)所用的天然藥物載體材料不能完全適合應(yīng)用要求，近年來，合成的生物降解聚合物材料愈來愈受重視[3].磁性納米材料是一種具有獨特結(jié)構(gòu)的納米材料，用其制備復(fù)合材料的報道已有很多[4-6].相對于其他高分子聚合物藥物釋放系統(tǒng)，磁性納米材料在靶向藥物釋放方面具有很多獨特的優(yōu)點，主要表現(xiàn)在：①通過磁共振成像能清楚顯示藥物釋放途徑；②通過外加磁場能引導(dǎo)載藥微球到達指定的地方；③通過外加交變場，磁性微球可用于腫瘤熱療和觸發(fā)藥物釋放.藥物通常通過共價鍵與磁性微球結(jié)合；即使是疏水藥物也能結(jié)合到微球表面并進入其包被層內(nèi)，從而控制藥物釋放[7-10].

本文以乙酰丙酮鐵、蔗糖和碳酸鈉為原料制備出磁性Fe3O4＠C納米材料，初步探索了該反應(yīng)的最佳條件，并將最佳條件下得到的磁性Fe3O4＠C納米材料作為藥物載體，對該載體的藥物吸附和緩釋性能進行了研究.

1 實驗部分

1.1 主要試劑及儀器

主要試劑：乙酰丙酮鐵；蔗糖；PEG-200；無水碳酸鈉；二次蒸餾水；氯霉素；卡那霉素；蛋白胨；酵母粉；氯化鈉；瓊脂.主要儀器：電熱恒溫鼓風(fēng)干燥箱DHG-9036A（上海精宏實驗設(shè)備有限公司）；X射線衍射儀Bruker D8（德國Bruker公司）；UV-5500（上海元析儀器有限公司）

1.2 Fe3 O4＠C納米材料的制備

稱取2 mmol乙酰丙酮鐵、14.8 mmol Na2CO3以及2 mmol蔗糖放入玻璃內(nèi)襯中，分別加入1.0 m L～5.0 m L H2O以及一定量的PEG-200，超聲震蕩5 min，攪拌至溶液混合均勻，置于反應(yīng)釜中，于270℃中反應(yīng)24 h.冷卻后將產(chǎn)物用H2O及丙酮洗凈，烘干，研磨.

1.3 Fe3 O4＠C納米材料的藥物吸附性能研究

稱取0.020 g氯霉素，配置50 m L氯霉素磷酸鹽PBS緩沖溶液，調(diào)節(jié)溶液p H＝7.1，稱取0.100 g Fe3O4＠C材料置于該緩沖溶液中，攪拌，用磁鐵將材料吸附于燒杯底部，待溶液澄清，抽取上層清液于石英比色皿中，用分光光度計于波長為361 nm處測量吸光度，每隔20 min重復(fù)一次上述操作.用差減法計算氯霉素裝載量，繪制時間-裝載量曲線（見圖3）.以此為例，配制0.200 mg／m L卡那霉素溶液，將材料置于其中至吸附飽和，然后用于Fe3O4＠C納米材料的緩釋.

1.4 Fe3 O4＠C納米材料的藥物緩釋性能研究

配置固體培養(yǎng)基：蛋白胨10 g／L，酵母粉5 g／L，氯化鈉10 g／L，瓊脂25 g／L.除瓊脂之外，其他成分溶解于蒸餾水中，調(diào)p H值至7.1～7.2，加入瓊脂條，加熱溶解，分裝兩個250 m L錐形瓶中，于121℃蒸汽滅菌鍋中滅菌20 min，備用.

在超凈工作臺上，將熔化的LB培養(yǎng)基傾注于平皿中，同時在每個平板上放置3個滅菌后的牛津杯，待培養(yǎng)基完全冷卻后，取出牛津杯，分別給孔編號a，b，c，每個平板上加入200μL過夜培養(yǎng)12 h稀釋到10-3的大腸桿菌，涂布均勻.在孔a中加入150μL無菌水，孔b中加入150μL 0.200 mg／m L卡那霉素溶液，孔c加入材料質(zhì)量濃度分別為0.625 mg／m L、1.25 mg／m L、2.50 mg／m L、5.00 mg／m L、10.0 mg／m L的材料懸浮液，該材料經(jīng)過30 min同等質(zhì)量濃度抗生素吸附處理.過夜培養(yǎng)24 h，觀察抑菌性能.

2 結(jié)果與討論

2.1 磁性Fe3 O4＠C納米材料的表征

所獲產(chǎn)物為黑色粉末狀固體，不同量的H2O條件下材料的SEM圖如圖1所示.從圖1可以看出，圖1d中（4.50 m L H2O條件下）制備的產(chǎn)物呈圓形顆粒，顆粒較小，大小均勻，沒有呈現(xiàn)塊狀沉積，孔隙疏松.因此，加入4.50 m L H2O條件下的材料效果最好.

圖1 加入不同量H 2 O條件下材料的SEM圖

上述加入4.50 m L H2O條件下制備的產(chǎn)物X射線衍射圖如圖2所示.由圖2可知，此產(chǎn)物XRD的特征峰與Fe3O4標(biāo)準(zhǔn)卡（PDF＃88-0866）的衍射峰完全一致，其衍射圖譜峰分別出現(xiàn)在2θ為30.12°、35.48°、43.12°、57.03°、62.62°位置處，對應(yīng)的晶面分別是（220）、（311）、（400）、（511）、（440）.證明了該磁性納米材料的晶體結(jié)構(gòu)為尖晶石結(jié)構(gòu)的Fe3O4＠C納米材料.

2.2 磁性Fe3 O4＠C納米材料對氯霉素的吸附性能

上述4.50 m L H2O條件下材料的藥物吸附曲線如圖3所示.從圖3可以看出，藥物質(zhì)量濃度隨著時間的增加逐漸減小，反之，材料的藥物吸附量隨著時間的增加逐漸增多.從曲線斜率可以見得，在藥物吸附初期（前10 min）存在明顯的突吸現(xiàn)象，當(dāng)吸附達到70 min左右時，藥物質(zhì)量濃度由原來的0.400 mg／m L降為0.382 mg／m L，飽和吸附量為9.0 mg／g，隨著時間越長，吸附速率逐漸減緩，吸附逐漸達到飽和.由此可以見得，大小均勻的Fe3O4＠C材料結(jié)構(gòu)對于藥物有物理吸附的作用，藥物在質(zhì)量濃度差的作用下進入Fe3O4＠C材料的表面和孔隙中；并且，氯霉素分子進入材料孔隙中可形成靜電吸引力，使藥物載入其中.

2.3 磁性Fe3 O4＠C納米材料對卡那霉素的緩釋性能

取上述4.50 m L H2O條件下制得材料，制備出質(zhì)量濃度為5.00 mg／m L懸浮液.單一抗生素和材料吸附抗生素的抑菌性能如圖4所示，其抑菌圈半徑如表1所示.從圖4可以看出，b和c圖中出現(xiàn)明顯的抑菌圈，并且，從表1中可以看出，吸附過同等質(zhì)量濃度抗生素材料的抑菌圈半徑大于同等質(zhì)量濃度純抗生素的抑菌圈的大小，而且抑菌圈尺寸隨著材料質(zhì)量濃度的增大而增大.可以見得，由于納米尺寸效應(yīng)，卡那霉素在質(zhì)量濃度差的作用下，逐漸向材料表面擴散，最后被緩慢釋放到外部溶液中，用于抑制大腸桿菌.又由于藥物與Fe3O4＠C材料的物理與化學(xué)吸附作用，對釋放過程有一定的阻擋作用，因而釋放后期階段藥物釋放穩(wěn)定而緩慢，使吸附過抗生素的材料具有藥物緩慢釋放作用，在各個階段都能釋放藥物成功抑制大腸桿菌，從而使其抑菌性能優(yōu)于單一的抗生素.

表1 單一抗生素和材料吸附抗生素抑菌圈半徑大小

圖2 磁性Fe3 O4＠C納米材料的XRD圖

圖3 最佳條件下所制備材料對氯霉素的吸附曲線

圖4 單一抗生素和材料吸附抗生素的抑菌性能

3 結(jié)論

采用溶劑熱法合成了磁性納米粒子Fe3O4＠C，用掃描電鏡（SEM）和X射線衍射儀（XRD）對所制備的材料形貌和結(jié)構(gòu)進行了表征.結(jié)果表明，當(dāng)H2O的量為4.50 m L時材料形貌達到較佳，顆粒大小均勻.又通過對此材料進行的藥物吸附和抑菌實驗發(fā)現(xiàn)，F(xiàn)e3O4＠C磁性納米材料具有良好的藥物吸附和緩釋性能，藥物吸附量達到9.0 mg／g.可以見得，此條件下制備出的Fe3O4＠C磁性納米材料在藥物緩釋方向具有很大的應(yīng)用前景.

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