SiO2＠Fe3 O4復合納米微球的合成及其對鹽酸表柔比星的載藥性能

吳玲，徐箐，李娣，姜德立，陳敏

（1.南京中醫藥大學附屬醫院檢驗科，江蘇南京210029；2.江蘇大學化學化工學院，江蘇鎮江212013）

鹽酸表柔比星屬于蒽環類抗生素，是一種高效、廣譜的抗腫瘤藥，主要應用于乳腺癌、胃癌、肺癌、卵巢癌、膀胱癌和非霍奇金淋巴瘤的治療，為同類藥物的首選［1－4］。然而，表柔比星治療腫瘤的最大缺點是藥物選擇性低，在殺死腫瘤細胞的同時，也會引起大量正常組織和細胞的死亡，產生一系列的毒副反應，大大影響了治療效果和患者整體生存期。因此，提高表柔比星的生物利用度、降低其毒副反應在臨床上顯得尤為重要［5－6］。采用磁性納米微球作為表柔比星的載體，可通過載體系統的靶向性實現選擇性給藥，從而有效提高藥物利用度，減少治療劑量，同時降低毒性。目前，磁性納米載體的合成及其對表柔比星載藥性能的影響，已成為表柔比星新劑型的研發熱點［7－8］。

磁性納米微球作為藥物載體有制備簡單、成本低廉等獨特優勢。但磁性納米微球具有較高的比表面積和磁偶極相互作用，具有強烈的聚集傾向，因此，常常要對其進行表面修飾，形成磁性復合材料，以降低磁性納米微球的表面能并通過空阻或靜電斥力提高其分散性，從而達到更好的載藥效果。目前，磁性納米材料的表面修飾劑有多種，其中，SiO2以其突出的優勢受到廣泛關注［9－10］。本研究制備SiO2包覆Fe3O4（SiO2＠Fe3O4）復合磁性納米微球，考察其對表柔比星的載藥性能和緩釋效果，旨在為靶向納米表柔比星藥物載體的開發應用提供依據。

1　材料與方法

1.1　材料

注射用鹽酸表柔比星（浙江海正藥業有限公司），三氯化鐵（FeCl3）、乙酸鈉、乙二醇、無水乙醇、聚乙烯基吡咯烷酮（PVP）、正硅酸四乙酯（tetraethyl orthosilicate，TEOS）、磷酸氫二鈉、磷酸二氫鈉等試劑均為分析純，購于國藥集團化學試劑有限公司，使用之前未經過二次提純。

1.2　Fe3O4納米微球的制備

將1.5 g FeCl3、1 g PVP和2 g乙酸鈉加入 30 mL乙二醇中，攪拌3 h至完全溶解，倒入100 mL反應釜，置于200℃烘箱，反應8 h。將得到的黑色產物分別用蒸餾水和無水乙醇洗凈，60℃烘干。

1.3　制備SiO2＠Fe3O4微球并測試試劑用量或比例對其形貌的影響

將0.1 g Fe3O4與一定比例的水和無水乙醇混合后，超聲15min，滴加TEOS與氨水的混合溶液，持續攪拌3 h，分離產物并將其分別用蒸餾水和無水乙醇洗滌數次，烘干后得到SiO2＠Fe3O4復合納米微球材料。

通過以下對比試驗，測試TEOS用量、氨水用量以及水和無水乙醇的比例對SiO2＠Fe3O4復合材料形貌的影響。

（1）調整 TEOS的用量分別為 0.2，0.4，0.6，0.8和1.0 mL V（氨水）＝1.0 mL，V（水）：V（無水乙醇）＝1∶5，考察不同 TEOS用量對 SiO2＠Fe3O4形貌的影響。

（2）調整氨水（28%，14.8 mol／L）的用量分別為 0.5，0.75，1.0，1.25和 1.5 mL，V（TEOS）＝0.8 mL，V（水）：V（無水乙醇）＝1∶5，考察氨水用量對 SiO2＠Fe3O4納米微球形貌的影響。

（3）調整水和無水乙醇用量的比例（體積比）分別為1∶3、1∶4、1∶5、1∶6和 1∶8，V（TEOS）＝0.8 mL，V（氨水）＝1.25 mL，考察不同比例水和無水乙醇用量對SiO2＠Fe3O4納米微球形貌的影響。

1.4　藥物吸附實驗檢測SiO2＠Fe3O4納米微球對表柔比星的吸附率

配制0.05 mg／mL的表柔比星溶液，分別稱取5，10，15，20，25，30，35和 40 mg的 Fe3O4＠SiO2，加入到10 mL已配好的表柔比星溶液中，磁力攪拌4 h，將反應后的溶液經離心后，用紫外可見分光光度計，在232 nm處測定離心液中表柔比星的濃度（C）。吸附率的計算公式如下：

1.5　藥物緩釋效果實驗

將已吸附表柔比星的磁性微球放入10mL磷酸緩沖液中，測定溶液中的表柔比星濃度（C1），超聲5 min后，將樣品置于37℃氣浴恒溫振蕩器，振蕩速度為 100 r／min，分別于 0.5、1、1.5、2、2.5、3、3.5以及4 h各取樣5 mL，并補充磷酸緩沖液到10 mL，測定溶液中表柔比星的濃度（C2）。按下列公式計算表柔比星釋藥率：

根據鹽酸表柔比星釋藥率的變化評價所制得SiO2＠Fe3O4復合納米微球的緩釋效果。

1.6　材料表征方法

采用XRD-6100型X射線衍射儀（X-ray diffractometer，XRD）測試產物 SiO2＠Fe3O4的純度和晶體結構；通過JEM-2100型透射電子顯微鏡（transmission electronmicroscopy，TEM）測試產物的形貌和微觀結構；采用Nicolet Nexus 470型傅立葉紅外光譜儀（fourier transform infrared spectroscopy，FT-IR）測試樣品的特征吸收峰及表面基團的變化，掃描范圍為4 000～400 cm－1；通過外加磁場的作用，考察制備的SiO2＠Fe3O4納米微球的磁響應性；磁學性質通過振動樣品磁強計進行測定。

2　結果與討論

2.1　Fe3 O4納米微球的形貌和粒徑

TEM下，產物Fe3O4納米微球為近球形顆粒，平均粒徑約為200 nm，粒度均勻性良好，無明顯團聚現象。從球體邊緣細節處可見，所制備的Fe3O4為非單晶結構，由很多小顆粒團聚而成。見圖1。

圖1　Fe3 O4納米微球（透射電子顯微鏡）

2.2　SiO2＠Fe3O4納米微球的形貌分析

2.2.1不同TEOS用量對SiO2＠Fe3O4納米微球形貌的影響 TEM觀察結果顯示，SiO2膜的厚度隨著TEOS用量的增加而變厚（圖2），當 V（TEOS）＝0.8 mL時，形成的膜厚度適中而均勻（約60 nm），此后增加TEOS的用量，SiO2膜出現不均的現象。見圖2。以上現象的原因是SiO2膜的形成是TEOS水解與縮合的過程，保持其他條件不變，隨著TEOS用量的增加，水解速率增大，其聚合度也增大，生成的SiO2膜的厚度也就增大；當TEOS用量過大時，由于水解速度過快，聚合度增加，Si-OH基團還沒吸附到溶液中懸浮的Fe3O4納米微球的表面，就發生聚合，形成了SiO2顆粒。

2.2.2不同氨水用量的SiO2＠Fe3O4納米微球的形貌比較 如圖3所示，SiO2膜的厚度隨著氨水用量的增加而變厚，當 V（氨水）＝1.25 mL時，形成的膜厚度適中且均勻（約60 nm），繼續增加氨水的用量，SiO2膜的厚度基本保持不變。由于堿催化條件下的TEOS水解屬OH－離子直接與硅原子核反應的親核取代反應，在其他條件不變的情況下，隨著氨濃度的增大，溶液OH－濃度增大，促進了TEOS的水解。且氨水用量增加時，體系中硅酸的縮合速率也隨之提高，當大于水解速率時，所生成的SiO2膜也逐漸加厚。氨水用量超過1.25 mL時，SiO2膜的厚度基本保持不變，這是由于反應體系中的TEOS已反應完全。

圖2　不同TEOS用量時SiO2＠Fe3 O4納米微球（透射電子顯微鏡）

圖3　不同氨水用量時的SiO2＠Fe3O4納米微球（透射電子顯微鏡）

2.2.3水和無水乙醇用量比例對SiO2＠Fe3O4納米微球形貌的影響 TEM分析結果顯示，SiO2膜隨無水乙醇比例的增加而變厚，當 V（水）∶V（無水乙醇）＝1∶5時，形成的膜厚度適中而均勻（約60 nm）。此后加大比例，SiO2膜厚度不再出現明顯變化，且出現不均現象。見圖4。該反應加入無水乙醇與水作為共溶劑，隨著加入的無水乙醇量的增加，TEOS在水中的溶解度也增大，促進水解生成更多的SiO2。當水和無水乙醇的比例超過1∶5時，SiO2膜的厚度不再發生明顯變化，這是由于反應體系中的TEOS已完全水解。

綜上所述，當 V（TEOS）＝0.8 mL，V（氨水）＝1.25 mL，V（水）∶V（無水乙醇）＝1∶5時，SiO2在 Fe3O4表面包覆均勻完整，厚度約為60 nm。

圖4　不同水與無水乙醇比例時的SiO2＠Fe3 O4納米微球（透射電子顯微鏡）

2.3　Fe3O4＠SiO2納米微球的物相分析

XRD譜圖顯示，納米SiO2為無定形結構，XRD特征衍射峰不明顯。Fe3O4微球位于2θ值為30.2°，35.7°，43.4°，53.4°，57.3°和 62.7°處的 6個特征衍射峰分別對應于立方相 Fe3O4的（220），（311），（400），（422），（511）和（440）晶面，與 Fe3O4的標準JCPDS卡片（26－1136）一致。SiO2包覆于 Fe3O4表面形成SiO2＠Fe3O4復合材料后，Fe3O4對X射線的衍射強度降低，使得復合材料的6個特征衍射峰強度較Fe3O4稍弱。見圖5。

圖5 SiO2、Fe3 O4和 SiO2＠Fe3 O4的 XRD譜圖

2.4　SiO2＠Fe3O4納米微球的紅外譜圖分析

FT-IR譜圖顯示，波數為3 441.90 cm－1處出現的寬吸收峰，對應于-OH的反對稱伸縮振動和對稱伸縮振動；位于1 089 cm－1的強吸收峰，為Si-O-Si的振動峰；波數為814 cm－1處的峰對應于Si-O-Si鍵的對稱伸縮振動；在584 cm－1處出現了Fe3O4的Fe-O特征吸收峰。表明成功制備SiO2＠Fe3O4復合納米材料。見圖6。

2.5　SiO2＠Fe3O4的磁學性質分析

振動樣品磁強計測得的Fe3O4和SiO2＠Fe3O4磁滯回線曲線（圖7）顯示，室溫時 Fe3O4和SiO2＠Fe3O4并無剩磁現象，矯頑力為零，表明所合成的樣品具有良好的超順磁性。

2.6　SiO2＠Fe3O4納米微球的體外磁響應性

外加磁場后原本均勻分散在無水乙醇溶液中的SiO2＠Fe3O4納米微球在5 s內迅速聚集在磁鐵一側，表明SiO2＠Fe3O4納米微球具有良好的磁響應性。見圖8。

圖6　SiO2＠Fe3 O4納米微球的FT-IR譜圖

圖7　Fe3O4和SiO2＠Fe3O4的磁滯回線曲線

圖8　SiO2＠Fe3 O4納米微球被外磁場吸引

2.7　SiO2＠Fe3O4納米微球的藥物吸附能力

藥物吸附實驗結果顯示，在0.05 mg／mL的表柔比星溶液中，SiO2＠Fe3O4納米微球對表柔比星的吸附量隨著SiO2＠Fe3O4納米微球用量的增加而增加；當 m（SiO2＠Fe3O4）＝25 mg時，達到最大吸附率（51.9%）；此后再增加 SiO2＠Fe3O4納米微球用量，吸附率基本保持不變。見圖9。

圖9　SiO2＠Fe3O4納米微球對表柔比星的吸附率

2.8　SiO2＠Fe3 O4納米微球的藥物緩釋效果

從SiO2＠Fe3O4納米微球對表柔比星的釋放曲線（圖10）可看出，30 min內表柔比星釋藥率即達14%，60 min后釋藥率達27.9%，120 min的釋藥率為36.2%，150 min后維持在40.5%左右。實驗結果表明，SiO2＠Fe3O4的藥物緩釋效果較好。

圖10　SiO 2＠Fe3 O4納米微球對表柔比星的釋放曲線

3 結論

本研究以水熱法制備的Fe3O4作為內核，無水乙醇和水為共溶劑，28%氨水（14.8 mol／L）為催化劑，通過正硅酸四乙酯的水解與縮合，制備了SiO2＠Fe3O4復合納米微球；研究了不同條件下，SiO2＠Fe3O4復合納米微球的不同形貌，當 V（TEOS）＝0.8 mL，V（氨水）＝1.25 mL，V（水）∶V（無水乙醇）＝1∶5時，SiO2在Fe3O4表面包覆均勻完整，厚度約為60 nm。

在上述實驗的基礎上，通過考察SiO2＠Fe3O4復合納米微球的磁學性質、其對表柔比星藥物的吸附和釋放實驗，評估了所制備納米微球的磁性、藥物吸附性能和緩釋效果。結果表明，SiO2＠Fe3O4藥物吸附率達51.9%，磁響應性和緩釋效果均良好，可作為表柔比星藥物的靶向載體，在醫學和生物學等領域都具有潛在的應用價值。

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