尚 樂，周慶翰

(西南民族大學(xué)化學(xué)與環(huán)境保護(hù)工程學(xué)院，四川 成都 610041)

多功能磁性納米藥物載體的制備及表征

尚 樂，周慶翰

(西南民族大學(xué)化學(xué)與環(huán)境保護(hù)工程學(xué)院，四川 成都 610041)

以AIBN為引發(fā)劑，以N，N'-雙(丙烯酰)胱胺(BACy)為交聯(lián)劑，與多巴胺丙烯酰胺(DMA)和聚乙二醇單甲醚甲基丙烯酸酯(PEGMA)發(fā)生共聚，同時(shí)加入Fe3O4磁性納米粒子，制備得到納米膠束.通過核磁(1H-NMR)，紅外(FTIR)，動態(tài)光散射(DLS)和透射電鏡(TEM)等一系列手段對聚合物膠束的結(jié)構(gòu)和形貌進(jìn)行了表征，初步證明了制備的膠束具有還原響應(yīng)性和良好的穩(wěn)定性.

磁性納米粒子；BACy；膠束

癌癥是難治愈的疾病之一.目前，化療是治療癌癥的主要方法.然而，由于癌細(xì)胞多重藥物抵抗性(MDR)的產(chǎn)生和發(fā)展，化療的治療效果收到了極大的影響.市面上的MDR抑制劑可以改善藥物在癌細(xì)胞內(nèi)部的積累，但這些抑制劑對人體有毒性，抑制的效率也不高，所以在臨床應(yīng)用中收到很大限制.

納米材料技術(shù)可以改善藥物在細(xì)胞內(nèi)的累積從而達(dá)到抑制MDR的效果.更重要的是，如果能將納米治療材料和可成像材料結(jié)合在一起，就能在治療的同時(shí)監(jiān)測藥物的擴(kuò)散動向和相應(yīng)效率.近年來，超順磁性氧化鐵納米粒子(SPIONs)經(jīng)常被用于核磁共振成像(MRI)中的造影劑，因?yàn)樗哂休^低的腎清除率和高弛豫值[1-3].此外，SPIONs具有良好的生物相容性和生物可降解性[4]，以它與聚合物形成的核殼結(jié)構(gòu)為基礎(chǔ)制備的藥物載體，具有貯藏時(shí)間長、在血液循環(huán)中藥物流失少[5]等優(yōu)點(diǎn)，與它相關(guān)的載藥研究已經(jīng)成為了熱門.盡管SPIONs已廣泛應(yīng)用于醫(yī)藥用生物材料中，但利用SPIONs作為診斷治療一體化材料的研究還未見報(bào)道.

本文中，我們設(shè)計(jì)制備了具有可降解性能的SPIONs造影劑.該納米材料的主要成分包括具有還原響應(yīng)性的生物可降解共聚物(DMA，PEGMA和BACy)，和SPIO內(nèi)核.聚合物主鏈?zhǔn)鞘杷缘模鳳EGMA具有親水性，這樣聚合物就具有了兩親性[6].它既有高分子所具有的增粘性，同時(shí)也有低分子所具有的表面活性，因此這類物質(zhì)有很多特殊的物理和化學(xué)性質(zhì)[7].DMA中的多巴胺能夠與緊密結(jié)合SPIO，不會被水溶液或者其它溶液沖洗掉[8-9]，同時(shí)由于交聯(lián)劑中含有二硫鍵，因此聚合物中二硫鍵可以在谷胱甘肽(GSH)等還原性物質(zhì)的作用下斷裂從而釋放出所包載的藥物，使載體具有還原響應(yīng)性[10-12].圖1是本實(shí)驗(yàn)的流程圖，這種納米材料將會為癌癥的治療效率提供一個(gè)很好的改善方法，相信會有廣闊的應(yīng)用前景.

圖1 實(shí)驗(yàn)流程圖Fig.1 Synthetic scheme for the preparation of copolymer

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 試劑與主要儀器

(1)實(shí)驗(yàn)試劑:DMF(AR，天津市富宇精細(xì)化工有限公司)，THF(AR，美國Bioway)，乙醚(AR，天津市瑞金特化學(xué)品有限公司)，AIBN(AR，津市科密歐化學(xué)試劑有限公司)，PEGMA(AR，SIGMAALDRICH)，丙烯酰氯(98%，薩恩化學(xué)技術(shù)(上海)有限公司)，DCM(AR，成都金山化學(xué)試劑有限公司)，碳酸氫鈉(AR，天津博迪化工股份有限公司)，無水硫酸鎂(AR，天津博迪化工股份有限公司)，氨水(AR，成都市科龍化工試劑廠)，油酸(AR，成都市科龍化工試劑廠)，正己烷(AR，天津市瑞金特化學(xué)品有限公司)，乙醇(AR，成都市海興化工試劑廠)，四硼酸鈉(AR，天津市瑞金特化學(xué)品有限公司)，氫氧化鈉(AR，天津市瑞金特化學(xué)品有限公司)，鹽酸多巴胺(阿拉丁試劑)，乙酸乙酯(AR，成都市海興化工試劑廠)，甲基丙烯酸酐(阿拉丁試劑)，胱胺二鹽酸鹽(阿拉丁試劑).

(2)實(shí)驗(yàn)儀器:磁力攪拌器(司樂儀器85-2型)，旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀(亞榮儀器RE-2000A型)，真空抽濾泵(匯成科工貿(mào)SHB-Ⅲ型)，離心機(jī)(平凡儀器TG16W型)，機(jī)械攪拌器(申科儀器S212型)，真空干燥箱(一恒儀器DZF-6053型)，透射電子顯微鏡(日立H-600型)，紅外光譜分析儀(Nicoletis50型，Thermo公司)，核磁共振分析儀(BRUKER-400 MHz)，動態(tài)光散射分析儀(Nano-zs90型)，紫外可見光光度計(jì)(TU1950型).

1.2 油酸包覆Fe3O4磁流體的制備

根據(jù)文獻(xiàn)[13]中的方法，稱取FeCl3·6H2O 4.19g，加入三口燒瓶中，再添加30mL去離子水.向三口燒瓶中添加FeSO42.34g和70mL蒸餾水，同時(shí)通入氮?dú)猓O(shè)定溫度T＝70℃，機(jī)械攪拌(約700r/min).攪拌約30min后，加入氨水25mL，反應(yīng)2h.反應(yīng)后加入油酸1mL，再繼續(xù)反應(yīng)1h.冷卻至室溫，保存.取一定量上述實(shí)驗(yàn)樣品溶于乙醇，離心分離，去掉上層液體.重復(fù)三次.將得到的固體重新分散于DCM(二氯乙烷)中，旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)干燥，得到固體粉末，保存?zhèn)溆?

1.3 多巴胺甲基丙烯酰胺(DMA)的合成

根據(jù)文獻(xiàn)[14]中的方法，稱取1.01g NaHCO3，2.50g Na2B4O7，加入100mL三口燒瓶中，量取25mL蒸餾水加入瓶中，攪拌并通入氮?dú)?0min.稱取1.0g鹽酸多巴胺加入瓶中，測量瓶中的pH值，保持pH＞8 (用1M NaOH調(diào)節(jié)).將1.0mL甲基丙烯酸酐溶于7mL THF(四氫呋喃)中，用3ˉ5min逐滴加入到三口燒瓶中.反應(yīng)6個(gè)小時(shí)后，用稀鹽酸調(diào)節(jié)pH＜2，紅褐色消失.所得溶液用30mL EA(乙酸乙酯)提取兩次，分離得有機(jī)相.將分離的產(chǎn)物用MgSO4干燥，過濾.將有機(jī)相旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)使體積縮小至20ˉ30mL.將所得有機(jī)相逐滴加入到約200mL正己烷中，進(jìn)行反沉，過濾得到白灰色粉末狀固體粗產(chǎn)品，用EA/正己烷反沉純化后，真空干燥.

1.4 胱胺雙丙烯酰胺(BACy)的合成

根據(jù)文獻(xiàn)[15]中的方法，稱取胱胺二鹽酸鹽2.30g，溶于18mL蒸餾水中，冰浴30min.稱取1.6g NaOH溶于4mL蒸餾水中，冰浴.移液槍量取1.750mL丙烯酰氯，溶于3mL DCM(二氯乙烷)中，冰浴.用恒壓漏斗同時(shí)滴加NaOH溶液和丙烯酰氯溶液，5min左右滴完，在恒溫恒壓的條件下反應(yīng)3h左右.將所得溶液倒入分液漏斗中，加入30mL DCM(二氯乙烷)，充分震蕩后靜置，分離下層液體.反復(fù)操作兩次.將下層液體加入MgSO4進(jìn)行干燥，過濾.將過濾后的液體進(jìn)行旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)得白色固體粗產(chǎn)品.用EA/正己烷重結(jié)晶.

1.5 共聚物的制備

稱取一定量的DMA，PEGMA和BACy，摩爾比為8:2:1，加入到20mL DMF中.調(diào)節(jié)溫度到65℃，加入引發(fā)劑AIBN(2%wt)，保持通N2，磁力攪拌，反應(yīng)24h.反應(yīng)結(jié)束后，將溶液滴入水中，制備膠束.透析三天后，凍干，低溫保存.

1.6 共聚物包磁的制備

取與上一步驟中制備共聚物等量的DMA，PEGMA和BACy，加入到三口燒瓶中，再加入25mL DMF中.取20mg納米Fe3O4固體粉末，溶于5mL DMF，超聲分散，然后用濾頭(0.45μm)過濾，將濾液加入到燒瓶中.調(diào)節(jié)溫度，加入引發(fā)劑AIBN(2%wt)，保持通N2，機(jī)械攪拌(500r/min)，反應(yīng)24h.反應(yīng)結(jié)束后，將溶液滴入水中，制備膠束.透析三天后，凍干，低溫保存.

2 結(jié)果與討論

2.1 Fe3O4納米粒子的形態(tài)

圖1為Fe3O4納米粒子的TEM照片，可以看出制備得到的Fe3O4納米粒子幾乎都是橢圓形和近球形，粒徑分布在10～25nm，平均粒徑約為20nm.

圖2 Fe3O4納米粒子的TEM照片F(xiàn)ig.2 TEM images of Fe3O4nanoparticles

2.2 紅外光譜(FT-IR)的表征

圖3是DMA的紅外光譜圖，3250cmˉ1附近為酰胺中亞氨基的特征吸收峰，1600cmˉ1附近的吸收峰則是羰基，1200cmˉ1附近是苯環(huán)與酚羥基的碳氧鍵特征峰.圖4為交聯(lián)劑BACy的紅外光譜圖，可以看到交聯(lián)劑特有的碳硫鍵和碳氮鍵吸收峰.圖5是油酸包磁、聚合物和聚合物包磁的紅外光譜對比圖，580cmˉ1附近為Fe-O鍵的特征吸收峰，可以看到聚合物包磁的紅外譜圖在相應(yīng)位置附近也有明顯的吸收峰，一定程度上證明了聚合物成功包覆了Fe3O4.

圖3 DMA的FT-IR譜圖Fig.3 FT-IR spectra of DMA

圖4 BACy的FT-IR譜圖Fig.4 FT-IR spectra of BACy

圖5 Fe3O4，Copolymer和Copolymer＠Fe3O4的FT-IR譜圖Fig.5 FT-IR spectra of Fe3O4，copolymer and copolymer＠Fe3O4

2.3 核磁氫譜(1H-NMR)的表征

圖6是DMA的1H-NMR(CDCl3，400 MHz)圖譜: δ(ppm)＝8.6-8.9(a:酚羥基上的兩個(gè)氫)，8.0(f:酰胺鍵上的氫)，5.3-5.7(g:碳碳雙鍵上的氫).圖7是交聯(lián)劑BACy的核磁圖譜，δ(ppm)＝6.6(c:酰胺鍵上的氫)，6.2(b:雙鍵中靠近羰基的碳上的氫)，5.6和6.4(a:雙鍵中遠(yuǎn)離羰基的碳上的氫).圖8是共聚物的核磁氫譜，δ(ppm)＝6.3-6.6(b、c:苯環(huán)上的氫)，0.7-0.9(g＋i:主鏈亞甲基上的氫)，3.6(f:PEGMA重復(fù)單元中亞甲基上的氫)，3.3(m:PEGMA末端甲基上的氫)，1.2(h＋j:主鏈上甲基的氫).

圖6 DMA的1H-NMR譜圖(DMSO，400MHz)Fig.61H-NMR spectra of DMA in DMSO(400 MHz)

圖7 BACy的1H-NMR譜圖(CDCl3，400MHz)Fig.71H-NMR spectra of BACy in CDCl3(400 MHz)

圖8 Copolymer的1H-NMR譜圖(DMSO，400MHz)Fig.81H-NMR spectra of copolymer in DMSO(400 MHz)

2.4 動態(tài)光散射(DLS)的表征

圖9是在不同濃度NaCl溶液中共聚物包磁的膠束粒徑變化圖.0是沒有加入任何物質(zhì)的膠束的粒徑，1、2、3、4、5 M是在相應(yīng)濃度的鹽溶液(NaCl)中膠束粒徑的分布情況.加入鹽溶液的主要目的是想測定不同濃度的鹽是否會對膠束的造成影響，而粒徑的變化是最直觀的判別方法.由圖可以看出，在1和2M鹽溶液中膠束的粒徑和空白樣品基本沒有變化，而在3、4和5M鹽溶液中，膠束粒徑發(fā)生了明顯的變化.圖10是共聚物包磁的膠束加入20mM GSH后24小時(shí)內(nèi)的粒徑變化圖，可以看出整體呈現(xiàn)出先增大后減小的趨勢，這是因?yàn)楣簿畚镏械亩蜴I被還原，發(fā)生斷裂，膠束體積膨脹，隨著時(shí)間推移，一些高分子鏈脫落，粒徑減小.

圖9 不同濃度的NaCl溶液中膠束的粒徑變化圖Fig.9 The size change of the microgels at different NaCl concentrations

圖10 20mM GSH中膠束的粒徑變化圖Fig.9 The size change of the microgels in the presence of 10mMDSH

3 結(jié)論

本實(shí)驗(yàn)成功制備了以Fe3O4為內(nèi)核，兩親性交聯(lián)共聚物為外殼的具有還原響應(yīng)性的納米膠束，通過FT-IR、1H-NMR、DLS和TEM等手段對各個(gè)單體以及共聚物包磁進(jìn)行化學(xué)結(jié)構(gòu)以及和微觀形貌進(jìn)行了表征.所測結(jié)果初步表明，制備的膠束結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，有良好的還原響應(yīng)性，有望成為性能優(yōu)良的藥物載體.

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(責(zé)任編輯:李建忠，付強(qiáng)，張陽，羅敏；英文編輯:周序林，鄭玉才)

Synthesis and characterizationof multifunctional magnetic nano drug carrier

SHANG Le，ZHOU Qing-han
(School of Chemical Engineering and Environmental Protection，Southwest University for Nationalities，Chengdu 610041，P.R.C.)

A novel disulfide bonded cross-linked copolymer was synthesized using AIBN as initiator and N，N-bis(acryloyl)cystamine(BACy)as crosslinker，and the monomers also contain dopamine methacrylamide(DMA)，polyethylene glycol ether methacrylate(PEGMA)and Fe3O4magnetic nanoparticles.1H-NMR，F(xiàn)TIR，DLSand TEM were utilized to investigate the chemical structure and micelle morphology.The results indicated that the micelles were stable and degraded in reducing agent.

magnetic nanoparticle；BACy；micelle

O63；R318.08

A

2095-4271(2016)05-0531-07

10.11920/xnmdzk.2016.05.011

2016-06-06

周慶翰(1981—)，男，漢族，四川成都人，副教授，博士，研究方向:生物材料，高分子化學(xué).E-mail:zhqinghan＠163.com

自然科學(xué)基金青年項(xiàng)目(21404086)