叶酸模板法合成中空结构碳酸钙微球及其载药性能探究_郭紫婷.pdf

文章编号：（）叶酸模板法合成中空结构碳酸钙微球及其载药性能探究郭紫婷，李威，陈秋娟，莫福旺，（桂林电子科技大学 材料科学与工程学院，广西 桂林 ；广西碳酸钙资源综合利用重点实验室，贺州学院 材料与化学工程学院，广西 贺州 ）摘要：利用水热法，在 和 溶液中分别添加等量叶酸，混合溶液反应后制备了中空碳酸钙微球前驱体，在温度 锻烧后得到中空碳酸钙微球。利用 、分别对微球的结构和形貌进行了测试，发现微球的粒径分布在 之间，呈现出中空的微孔结构。将中空微球分别氨基化、羧基化和聚乙烯亚胺包覆改性后，以盐酸阿霉素（）为模型药物进行载药实验，发现 的药物负载率达到 ，在还原型谷胱甘肽溶液中，药物载体在 内能够持续缓慢释放，在肿瘤微环境浓度比较低的时候释放量比较大，最高的释放率可以达到，后释放率为。前内药物释放比较快，在肿瘤水平不高的情形下可以实现缓慢释药。关键词：中空碳酸钙；叶酸；盐酸阿霉素；载药；缓释中图分类号：文献标识码：引言近年来，积极寻找优良的药物载体用于癌症治疗成为时下较为新颖的研究手段，药物载体因为具有优良的生物相容性、稳定性和载药效率，在癌细胞精准消杀方面发挥着举足轻重的作用。当前文献报道的载药体系多为聚合物相关的载体，虽然其在生物相容性方面具有无可比拟的优势，但是其复杂的组分组成、多样的生物体代谢产物和不可避免的副作用效应大大限制了载药的相关应用，因此，寻找优良的药物载体势在必行。碳酸钙固体微球因为具有良好的生物相容性、无害的生物降解特性和对 值敏感的特性，同时在负载和缓释过程中的低毒特性，被许多专家学者是为载药的不二之选。与此同时，也需正视的问题是碳酸钙微球的形态对载药性能的影响至关重要，具有丰富的表面特性和孔结构的纳米级别微球或者碳酸钙纳米颗粒往往视为上佳之选，然而，自然界的碳酸钙一般表现为方解石、文石、球霰石这种结构，这种天然结构都难以进行载药应用，要达到载药级别，须要进行改造，改造改性一般需从原料和混合阶段开始进行，这个过程中控制的因素相对较多且反应时间长，稳定性低，难以大批量稳定性的产出，限制了其载药相关的下游应用。因此，选择合适的简便方法进行功能碳酸钙载体的合成将会对载药碳酸钙的进一步探究提供良好的实践指导作用。模板法是众多合成方法中比较优秀的方法，先用模板去捕获阳离子中间体，形成模板，然后阳离子再结合阴离子形成目的产物附着在模板上，在通过温度处理去除模板，进而制备得到具有中空或者介孔结构的微纳米球，该种球状颗粒将会在微球后期的改性过程中发挥附着捕获作用，对载药过程起着举足轻重的作用。在本文中，用叶酸作为模板，用 溶液做钙源，用碳酸钠提供碳酸根，通过水热法合成中空碳酸钙前驱体，再通过温度处理得到载药用中空碳酸钙微球，并对其表面进行氨基化、羧基化改性，同时装载对 敏感的聚乙烯亚胺（），用盐酸阿霉素（）为模型药物进行药物装载，并进行释药实验，初步探究了中空碳酸钙微球对的负载和缓释性能。实验实验原材料 （分析纯），（分析纯）：西陇化工股份有限公司；甲苯：分析纯，国药集团化学试剂有限公司；叶酸（），十六烷基溴化铵（），二甲基甲酰胺（），丁二酸酐（），羟基琥珀酰亚胺（），（二甲氨基丙基）乙基碳二亚胺盐酸盐（），聚 乙 烯 亚 胺（分 析 纯），氧 化 型 谷 胱 甘 肽（），还原型谷胱甘肽（），透明质酸（）均购自上海麦克林生化科技有限公司；缓冲溶液：江标检测科技有限公司。实验仪器扫描 电 子 显 微 镜（日 本 电 子 株 式 会 社，年第期（）卷基金项目：广西自然科学基金青年科学基金项目（）收到初稿日期：收到修改稿日期：通讯作者：莫福旺，：作者简介：郭紫婷（），女，在读硕士，从事无机物载药复合材料研究。）；射线衍射仪（日本理学，）；紫外可见分光光度计（上海元析，）；热重红外联用分析仪（美国珀金埃尔默股份有限公司，）。实验步骤中空碳酸钙微球的合成称取 氯化钙和叶酸溶解在 水溶液中配置成溶液，称取 碳酸钠加入叶酸溶解于 水溶液中配置成 溶液，分别陈化后将溶液加入 溶液中继续陈化。然后 水热反应，自然冷却后过滤，水洗次，醇洗次，干燥获得中空碳酸钙微球前驱体，前驱体在 煅烧 后得到中空碳酸钙微球。碳酸钙载药体系的合成将上述制备的碳酸钙微球用 甲苯超声波分散搅拌，加入十六烷基溴化铵，搅拌，过滤，醇洗次，烘干得到氨基化中空碳酸钙微球，将上述氨基化中空碳酸钙微球用 ，二甲基甲酰胺超声波分散 后加入的丁二酸酐的 溶液（丁二酸酐加入 ，二甲基甲酰胺），再加入三乙醇胺搅拌，离心过滤，醇洗，干燥得到羧基化中空碳酸钙微球，将上述样品再用 ，二甲基甲酰胺超声波分散 ，加 的（二甲氨基丙基）乙基碳二亚胺盐酸盐，再加 的羟基琥珀酰亚胺搅拌，然后加入 的聚乙烯亚胺溶液，继续搅拌，离心，水洗和醇洗，最后 干燥得到样品。再将样品于氧化型谷胱甘肽溶液（含 氧化型谷胱甘肽的水溶液）中超声波分散 ，搅拌，过滤，最后 干燥得得到用于载药的改性中空碳酸钙微球。药物负载取 步骤制备的中空碳酸钙微球用 的缓冲溶液（）在，水浴摇床处理，离心，水洗，干燥得到中空碳酸钙微球载药体并收集上清液，利用紫外可见分光光度计测试上清液在 处的吸光度，可以根据 标准溶液曲线计算载体载药量。药物载体封堵取 （磷酸缓冲溶液）缓冲溶液（）加入 （二甲氨基丙基）乙基碳二亚胺盐酸盐和 羟基琥珀酰亚胺，将负载了药品的多孔碳酸钙分散于其中搅拌 ，再加入经过 和羟基琥珀酰亚胺活化的透明质酸，继续搅拌，离心水洗，干燥，得到经过透明质酸封堵的药物载体多孔碳酸钙。药物缓释实验取 经过封堵修饰的药物载体 分散在 的 缓冲溶液中（），将溶液置于 规格的透析袋中，在 不同浓度还原型谷胱甘酸缓冲溶液（）中，在 ，水浴摇床处理，每间隔 从透析袋外溶液中取出缓释溶液（随后补充等量新缓释液）在 下利用紫外可见分光光度计测其吸光度，每组做次平行实验。样品的性能及表征射线衍射（）采用 射线衍射仪分析中空碳酸钙的晶体结构，扫描范围 ，型，日本力学株式会社。扫描电子显微镜（）用扫描电子显微镜分析样品的表面形貌，电压 ，型，日本电子株式会社。傅里叶红外光谱（）通过 光谱仪分析样品的分子结构和化学组分，型，美国珀金埃尔默股份有限公司。紫外可见吸收光谱（）通过紫外可见分光光度计分析的光吸收性能，型，上海元析仪器有限公司。结果与分析中空碳酸钙结构和形貌表征图是中空碳酸钙的 图谱和表面形貌图，图（）的 图谱与标准的碳酸钙图谱比较都符合，样品比对之后发现所有样品属于六方晶系的碳酸钙，图（）展示的是碳酸钙样品的整体形貌，放大倍数为 倍，样品整体上呈现球形颗粒分布，样品分散性良好，对其中的颗粒进行放大后观察，如图（），发现颗粒表现出球形的空心结构，粒径在，颗粒表面圆整光滑，孔洞结构明显。其反应的机理如图（）所示，叶酸的功能结合位点捕获溶液中的 ，然后呈现规则排列的层状分布，然后 再结合 形成稳定的层状前驱体，高前驱体在高温作用下分解，造就了碳酸钙的多孔空心结构。改性后中空碳酸钙表面结构表征图是未改性碳酸钙和经过氨基化，羧基化以及聚乙烯亚胺修饰后样品的红外图谱，在未改性的碳酸钙样品中，如图（）所示，和 处的吸收峰属于 中的伸缩振动峰，在图（）的氨基化碳酸钙样品中，出现在 处的 伸缩振动峰说明了氨基的成功接枝，对于图（）所示的羧基化样品，出现在 和 处的吸收峰归因于 和键，位于 处吸收峰归属于 基团中的 伸缩振动峰，位于 处的吸收峰属于 的吸收峰。红外光谱证明 样品能够被氨基化和羧基化。在图（）中，聚 乙 烯 亚 胺 修 饰 的 样 品 中，（），（），（），（）吸收峰证明了聚乙烯亚胺被修饰于 载体表面。郭紫婷 等：叶酸模板法合成中空结构碳酸钙微球及其载药性能探究图中空碳酸钙的（）图谱，（）图（倍），（）图（倍）和（）反应机理图 （），（）（），（）（）（）图中空碳酸钙的红外图谱（未改性，氨基化，羧基化，聚乙烯亚胺修饰）：（）；（）；（）；（）载药性能分析实验过程中，对聚乙烯亚胺修饰后的中空碳酸钙置于细胞微环境释放液（氧化型谷胱甘肽）中进行细胞环境下固体表面改性，然后在目的药物的缓冲溶液中进行药物负载，研究目的药物盐酸阿霉素的负载情况，。图显示的是 的紫外吸收标准曲线，从标准曲线可以看到，的紫外吸收标准曲线符合的拟合方程为：.（）图紫外吸收标准曲线 配制浓度为 （细胞环境常见浓度）的 溶 液，然 后 将 改 性 后 碳 酸 钙（称 量 质 量 记 录 ），置于溶液中进行载药，后测量上清液浓度，求出此时溶液中的量，再用总的的量减去上清液中的量即为载药量 。经过测试得到 后的上清液吸光度为 ，换算为 浓度为 ，则载药量为：（）（）释药性能分析对中空结构碳酸钙微球进行了载药实验之后，便得到了已经负载药物的碳酸钙载体，接下来用（二 年第期（）卷甲氨基丙基）乙基碳二亚胺盐酸盐和 羟基琥珀酰亚胺进行药物封堵，其目的是让药物只在 变化条件下释放，称取一定量的封堵后的负载碳酸钙，置于还原性谷胱甘肽缓冲溶液中，值为。与前述氧化型谷胱甘肽不同，此时的还原型谷胱甘肽一般为变异细胞排出液，即为体外肿瘤微环境。分别称取 的负载碳酸钙置于 还原型谷胱甘肽缓冲溶液中，药物中含有的 量为 ，每隔取样观察 的释放量。所得结果列于表。可以看出来，负载碳酸钙在肿瘤微环境浓度比较低的时候释放量比较大，最高的释放率可以达到，后释放率为。一般前内药物释放比较快，在肿瘤水平不高的情形下可以实现缓慢释药。当肿瘤细胞排放液太高的时候则需要进一步对载药体进行改进。表释药数据汇总表 结论以氯化钙和无水碳酸钠为原料，利用叶酸为模板成功合成出了球形中空碳酸钙微球。中空碳酸钙能很好地进行氨基化和羧基化并被聚乙烯亚胺修饰，与结合后，能成功的利用聚乙烯亚胺对 敏感的性质，在因肿瘤导致 值改变时可致使聚乙烯亚胺降解而达到释放药物的目的，实验制备的中空碳酸钙微球载药量为 ，负载碳酸钙在肿瘤微环境浓度比较低的时候释放量比较大，最高的释放率可以达到，后释放率可以达到。在后续的研究过程中可进一步探索不同的 环境中的载药和释药性能。参考文献：，：，：，（）：（）谷峙樾，雷宇，赵健辉，等 碳酸钙复合载药纳米粒的制备与表征中医药科学，（）：，（）：（）卓新雨，张艾立，马菲，等纳米载药系统的研究进展广东化工，（）：，（）：（）段方燕，王闻宇，金欣，等 淀粉纤维的成形及其载药控释研究进展纺织学报，（）：，：，（）：（）王裕宏，胡林，张浩，等嵌段共聚物纳米载药体系研究进展成都医学院学报，（）：，（）：（）秦飞，陈丹，庄玲萍，等用于抗癌药物的纳米载药系统研究进展 海峡药学，（）：，（）：（）赵健辉，雷宇，刘江，等 复合碳酸钙空腔纳米粒的制备及性能评价 中国现代应用药学，（）：，（）：（）李天博，高磊，王江宁 复合药物研制及在骨肉瘤中的应用效果 广东医学，（）：，（）：（）刘举慧，赵峰，郭建峰 敏感性叶酸修饰羧甲基壳聚糖 混合纳米球作为药物载体的研究现代郭紫婷 等：叶酸模板法合成中空结构碳酸钙微球及其载药性能探究化工，（）：，（），（）：（）朱琳，谢晓晓，杨林花状碳酸钙的仿生合成及其载药性能 河南师范大学学报（自然科学版），（）：，（）：（）李亮，朱英杰，曹少文，等 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