硅基介孔材料在藥物緩控釋系統(tǒng)中的應(yīng)用

關(guān)鍵詞：

介孔二氧化硅，蛋白抗體多肽聚合物包裹介孔硅，熒光標(biāo)記介孔硅，氨基巰基功能化介孔硅

多肽修飾介孔硅，正電荷修飾介孔硅，mesoporous silica，CsPbX3鈣鈦礦量子點(diǎn)，納米粒

PEG包裹氧化石墨烯，石墨烯負(fù)載鈷納米顆粒，氧化石墨烯負(fù)載金納米棒，介孔二氧化硅

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硅基介孔材料在藥物遞送系統(tǒng)中的應(yīng)用已引起眾多研究者的興趣，研究項(xiàng)目涉及到多種類型的硅基介孔材料及藥物分子，見表1。2001 年Vallet-Regi 等[26]首次報道了硅基介孔材料用于藥物緩控釋系統(tǒng)。他們利用硅羥基和藥物分子的弱相互作用，選擇消炎止痛藥布洛芬，研究了藥物在介孔材料中的輸送機(jī)制。實(shí)驗(yàn)表明，MCM-41 能夠吸收和釋放有機(jī)藥物分子；負(fù)載藥物的材料浸泡在模擬體液中時，藥物被緩慢釋放。以

大孔徑的介孔材料SBA-15 作為載體，制備出阿莫西林緩釋系統(tǒng)[32]。研究表明，載藥量主要取決于溶劑、pH 值和藥物的濃度；在適宜的條件下，載藥率可達(dá)24%。阿莫西林在溶液中的釋放速率由材料的物理狀態(tài)所決定，粉末狀比片狀更有利于釋放。

表1 硅基介孔材料在藥物遞送系統(tǒng)中的應(yīng)用

材料類型 材料名稱 藥物 文獻(xiàn)

布洛芬 [26]

布洛芬 [27]

布洛芬 [28]

舍曲林 [29]

MCM-41

吡羅昔康 [30]

MCM-48 布洛芬、紅霉素 [31]

SBA-15 阿莫西林 [32]

慶大霉素 [33]

TUD-1 布洛芬 [34]

HMS1) 阿司匹林、慶大霉素[35]

布洛芬 [36]

純硅介孔材料

PHSN2) 亮藍(lán) [37]

含雜原子介孔硅材料 CaMS3) 布洛芬 [38]

氨丙基修飾MCM-41 阿司匹林 [39]

三甲基修飾MCM-41 布洛芬 [40]

羧基修飾的MSU 法莫替丁 [41]

硅烷修飾MCM-41 卡托普利 [42]

胺基修飾MCM-41 布洛芬 [43]

有機(jī)官能團(tuán)化

介孔硅材料

SBA-15-膠原質(zhì)雜化材料 阿替洛爾 [44]

注：1)多孔硅微球（hollowmesoporous silica spheres，HMS）；2)多孔硅納米微粒（porous

hollow silica nanoparticles，PHSN）；3)介孔鈣摻雜硅微球（mesoporous calcium doped

silica spheres，CaMS）

介孔載體的孔徑、表面性質(zhì)、形貌等對其載藥釋藥性能均有影響，可以通過改變介孔材料的這些性質(zhì)來調(diào)節(jié)控制其載藥釋藥性能。

4.1 孔徑

孔徑是影響介孔氧化硅載藥釋藥性能的重要因素。通過改變模板劑及制備條件，可得到不同結(jié)構(gòu)及不同孔徑尺寸的介孔材料?？讖教‰y于載入藥物分子，孔徑增大單孔內(nèi)能載入的藥物分子增多，但單位體積內(nèi)孔數(shù)減少。載藥量并不一定總是增加。載體孔徑與藥物分子匹配是首要前提。Horcajada 等[28]研究了不同孔徑MCM-41 的藥物釋放性能，發(fā)現(xiàn)只有在MCM-41 的孔徑大于2.7 nm 時布洛芬才能填充在孔道內(nèi)，在一定的孔徑范圍內(nèi)，布洛芬在模擬體液中的釋放速率隨著孔徑的減小而下降。Izquierdo-Barba 等[31]研究了孔徑分別為3.6 和5.7 nm 的立方介孔材料MCM-48 和LP-Ia3d 的載藥釋藥性能，隨著基質(zhì)孔徑的增加或藥物分子尺寸的增加，藥物的釋放變慢。Heikkil? 等[34]制備的大孔徑（9.9 nm）介孔材料TUD-1，載藥量達(dá)到49.5%，超過了其他介孔材料。

雖然介孔分子篩用于藥物負(fù)載是比較理想的材料，但因其基本為剛性材料，用于可控釋放時在溶液中的智能響應(yīng)性較差，因而其控制釋放性能難以達(dá)到理想效果。通過對介孔分子篩的孔道及表面進(jìn)行修飾，引入能對環(huán)境產(chǎn)生智能響應(yīng)的官能團(tuán)，是改進(jìn)其可控釋放性能的有效方法。有機(jī)官能團(tuán)修飾主要從改變孔徑及增加活性點(diǎn)位兩方面影響硅基介孔材料的載藥釋藥性能。用有機(jī)官能團(tuán)修飾后會導(dǎo)致硅基介孔材料孔徑減小，但仍然能負(fù)載各種各樣的分子；而且其孔道中的官能團(tuán)增多，和一些藥物分子中的基團(tuán)鍵合，可調(diào)節(jié)藥物控釋體系的釋放性能。比如阿司匹林中含有羧基，可以與MCM-41 孔壁上的自由羥基和胺基作用，結(jié)果表明，傳輸系統(tǒng)的釋放性能受孔壁上胺丙基團(tuán)的數(shù)量和介孔材料的有序結(jié)構(gòu)影響，合適的有機(jī)功能團(tuán)的修飾和后處理有利于藥物輸送[39]。

三甲基改性的MCM-41，在48 h 后只有75%的布洛芬釋放，純硅MCM-41 在1 h 就完全釋放了。并且隨著嫁接基團(tuán)的增加，布洛芬的釋放速率也增加，因而可以通過改變?nèi)谆柰榈募藿恿縼磉_(dá)到控制布洛芬釋放速率[40]。Tang等[41]還研究了羧基修飾的MSU介孔硅材料分子篩的載藥釋藥性能，所選模型藥物為治療胃潰瘍藥物法莫替丁，由于法莫替丁分子中有氨基能與載藥介孔材料中的羧基產(chǎn)生作用，使其能有效吸附于介孔材料，羧基修飾水平成為影響裝載量的關(guān)鍵因素，體外實(shí)驗(yàn)表明該載藥系統(tǒng)緩釋效果明顯。

Sousa等[44]制備得到一種SBA-15-膠原質(zhì)雜化材料，低溫N2 吸附實(shí)驗(yàn)表明這種材料保持了SBA-15特點(diǎn)，但孔徑、比表面和孔體積等結(jié)構(gòu)參數(shù)有所改變，以阿替洛爾為模型藥物，體外釋放試驗(yàn)表明，由于在介孔內(nèi)引入膠原質(zhì)，對藥物的釋放起到阻礙作用，緩釋效果更加明顯。Patricia 等[45]分別用氯丙基、苯基、芐基、巰基、氰丙基、丁基對MCM-41 進(jìn)行修飾，比較了修飾后MCM-41結(jié)構(gòu)參數(shù)的變化及對布洛芬載藥釋藥性能差異。發(fā)現(xiàn)由于極性基團(tuán)與布洛芬之間存在靜電作用（圖1），氯丙基、巰基、氰丙基等的引入，使MCM-41 的載藥量增大，釋藥時間延長，此外，由于可與布洛芬的羧基形成氫鍵，引入-NH2[26]和-SH后，MCM-41的釋藥速率降低最為顯著。這項(xiàng)研究的意義在于提供了一種很好的思路，即可根據(jù)藥物分子的性質(zhì)，選擇不同的基團(tuán)修飾分子篩，從而達(dá)到調(diào)節(jié)載藥量及控制釋藥效果的目的。用某些具有智能響應(yīng)的分子修飾介孔材料，可得到特定的觸發(fā)釋藥體系。用具有光化學(xué)活性的香豆素修飾的硅基介孔材料，在波長大于310 nm 的紫外光輻射下，香豆素形成二聚體可以穩(wěn)定地蓄積藥物分子，當(dāng)用250 nm 的紫外光輻射時二聚體解離，客體分子被釋放[46-47]。

基于介孔硅的復(fù)合材料在藥物緩控釋系統(tǒng)中的應(yīng)用

雖然通過對介孔分子篩孔道及表面的修飾可以調(diào)控其載藥釋藥性能，但要達(dá)到真正的智能控制釋藥尚有難度。更有效的方法是將介孔硅的高載藥性與其他材料如磁性納米微粒、水凝膠等的智能響應(yīng)性結(jié)合起來，綜合硅基介孔材料的穩(wěn)定性、高載藥性與智能材料對環(huán)境的響應(yīng)性，構(gòu)建新型智能化藥物遞送系統(tǒng)，這已成為近年的又一個研究熱點(diǎn)。Shi等[48-49]利用介孔空心球的空心核與介孔殼的貫穿孔道以及聚電解質(zhì)具有環(huán)境響應(yīng)的特點(diǎn)，通過層層自組裝技術(shù)，使包裹在介孔空心球外層的聚電解質(zhì)對pH 值或者離子強(qiáng)度等條件

產(chǎn)生結(jié)構(gòu)性能的響應(yīng)，實(shí)現(xiàn)對介孔孔道的封堵與開放，從而起到藥物控制釋放的“開關(guān)”作用。Zhao 等[50]還合成了一種以磁性氧化鐵顆粒為核，以介孔氧化硅為殼，粒度可調(diào)的單分散介孔氧化硅核殼結(jié)構(gòu)磁性納米復(fù)合顆粒。有效地將裝載有藥物分子的氧化硅介孔材料包覆在單分散的具有鐵磁性的四氧化三鐵顆粒表面，實(shí)現(xiàn)了藥物載體與磁性粒子的有效結(jié)合。該復(fù)合顆粒的飽和磁化強(qiáng)度達(dá)到27.3 emu·g-1，在外磁場

內(nèi)可以實(shí)現(xiàn)有效分離，并且顆粒粒度均勻可調(diào)，在體液中高度分散。該材料既具有介孔材料特有的高比表面和高孔容，又具有很強(qiáng)的磁性，裝載藥物分子以后有望在外磁場作用下實(shí)現(xiàn)藥物在人體內(nèi)的靶向傳輸。Zhang 等[51]以原位合成的方法制備了含有磁性粒子的介孔硅SBA-15，并在其孔內(nèi)聚合形成熱敏性聚(N-異丙基丙烯酰胺)(PNIPA)，所得到的復(fù)合材料不僅具有相對較大的孔徑(3.8 nm)和孔容(0.47 cm3·g-1)，且具有磁性，磁飽和強(qiáng)度(Ms)為0.40 emu·g-1 和熱響應(yīng)性。

以該材料為載體的布洛芬遞送系統(tǒng)在17℃時形成突釋。Lin 等[52]通過凝膠-溶膠過程在MCM-41 外層包裹一層具有發(fā)光性質(zhì)的YVO4：Eu3+用于布洛芬遞送系統(tǒng)。

介孔硅基材料的生物相容性

介孔硅基材料要實(shí)際應(yīng)用于藥物緩控釋體系須有良好的生物相容性。Gomez-Vega 等[53-54]首次研究了包覆在Ti6Al4V 上的介孔硅膜的生物活性，在模擬體液中的測試結(jié)果顯示， 7 d 后這些涂層就產(chǎn)生了磷灰石形成物。Izquierdo-Barba等[55]也證實(shí)表面改性的SBA-15 和MCM-48與流體反應(yīng)可引起碳化羥基磷灰石層出現(xiàn)，但MCM-4 卻缺乏生物活性。受硅基陶瓷材料的生物活性很大程度上取決于玻璃的含磷成分的啟發(fā)，Vallet-Regi[56] 制備了含磷的MCM-41，研究表明，少量磷的加入可使MCM-41 產(chǎn)生生物活性。Giri 等[57]研究了磁體/MSN 刺激響應(yīng)型控制釋藥系統(tǒng)與人體宮頸癌細(xì)胞的生物兼容性。健康完整的細(xì)胞核的出現(xiàn)

以及看到通過傳送發(fā)育完好的細(xì)胞都表明磁體/MSN（mesoporous silica nanoparticle）系統(tǒng)在體外實(shí)驗(yàn)條件下可以和HeLa 細(xì)胞兼容。MSN 長期的生物相容性和生物可降解性還沒有被測定，實(shí)際上，這方面的研究才剛剛起步。

西安瑞禧生物科技有限公司可以提供各種復(fù)雜定制類的介孔硅納米顆粒產(chǎn)品，我們可以提供的產(chǎn)品包括以下

中空二氧化硅納米顆粒

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聚甲基丙烯酸甲酯包裹二氧化硅顆粒

聚乙烯基吡咯烷酮修飾二氧化硅顆粒

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PEI修飾二氧化硅納米顆粒

聚丙烯酸丁酯PBA修飾介孔二氧化硅

PMMA修飾介孔二氧化硅納米顆粒

溫敏聚合物N-異丙基丙烯酰胺（PNIPAM）修飾介孔硅顆粒

聚甲基丙烯酸N,N-二甲基氨基乙酯（PDMAEMA）修飾介孔硅納米顆粒

嵌段共聚物修飾介孔二氧化硅納米顆粒

Pst-b-PBA修飾介孔二氧化硅

PMMA-b-PBA修飾介孔硅納米顆粒

超支化聚合物修飾介孔二氧化硅顆粒

PAA修飾介孔二氧化硅顆粒               

PSt-b-PAA共聚物修飾介孔二氧化硅顆粒

大孔二氧化硅有機(jī)涂層復(fù)合納米顆粒

殼聚糖負(fù)載介孔硅納米顆粒

葡聚糖修飾介孔二氧化硅

甘露糖/半乳糖修飾介孔二氧化硅

多肽修飾介孔硅納米顆粒

納米介孔硅包裹多肽

介孔二氧化硅載藥定制服務(wù)

介孔二氧化硅裝載多肽定制服務(wù)

正電荷介孔二氧化硅載基因定制服務(wù)

介孔硅裝載蛋白

陽離子多聚物納米載體

聚甲基丙烯酸N,N-二甲基氨基乙酯（PDMAEMA）水凝膠定制

溫度和pH雙重敏感PDMAEMA水凝膠定制

PLGA微球定制/聚合物微球定制

CsPbX3鈣鈦礦量子點(diǎn)

PEG修飾鈣鈦礦量子點(diǎn)

聚合物修飾鈣鈦礦量子點(diǎn)

氨基羧基修飾鈣鈦礦量子點(diǎn)

鈣鈦礦二維納米材料

高熒光量子產(chǎn)率CsPb2X5納米片

鈣鈦礦量子點(diǎn)發(fā)光材料

鈣鈦礦量子點(diǎn)(PQDs)纖維膜

鈣鈦礦量子點(diǎn)納米晶

全可見光譜區(qū)高性能CsPbX3（X=Cl, Br, I）鈣鈦礦量子點(diǎn)，所制備的鈣鈦礦量子點(diǎn)熒光量子效率最高可達(dá)95%（是目前國際上報道的鈣鈦礦量子點(diǎn)樣品的最高值），半峰寬最窄可以達(dá)到9nm（是目前國際上報道的量子點(diǎn)樣品的最小值），穩(wěn)定性得到顯著提高

納米銀修飾氧化石墨烯

石墨烯負(fù)載金屬鉑Pt@GO

石墨烯負(fù)載納米銀復(fù)合材料

氧化石墨烯負(fù)載二氧化鈦

石墨烯與Co3O4的復(fù)合材料，氧化石墨烯負(fù)載Co3O4納米顆粒

氧化石墨烯負(fù)載氧化錫

氧化石墨烯負(fù)載氧化鋅

磁性納米粒子修飾氧化石墨烯

氨基功能化氧化石墨烯

羥基修飾氧化石墨烯

羧基修飾氧化石墨烯

巰基功能氧化石墨烯

疊氮修飾氧化石墨烯

炔烴修飾氧化石墨烯

生物素標(biāo)記氧化石墨烯

熒光素標(biāo)記氧化石墨烯

PEG包裹氧化石墨烯

環(huán)氧基修飾氧化石墨烯

金屬卟啉修飾氧化石墨烯

二親共聚物包裹石墨烯

聚N-異丙基丙烯酰胺PNIPAM包裹氧化石墨烯

PMMA修飾氧化石墨烯

PAA修飾氧化石墨烯

PSt-b-PAA共聚物包裹石墨烯

聚苯胺修飾氧化石墨烯

聚噻吩修飾氧化石墨烯

聚吡咯包覆氧化石墨烯

金納米粒子功能化石墨烯

CdS納米粒子功能化石墨烯

Pt納米粒子功能化石墨烯  氧化石墨烯負(fù)載Pd納米顆粒

氧化石墨烯薄膜材料

石墨烯負(fù)載銅納米粒子

石墨烯負(fù)載Co3O4-ZnO納米顆粒

石墨烯負(fù)載鈀納米顆粒

石墨烯納米片負(fù)載核殼結(jié)構(gòu)Au@Pd雙金屬納米粒子

石墨烯負(fù)載鎳金屬納米顆粒

石墨烯負(fù)載鈀金屬納米顆粒

石墨烯負(fù)載鈷納米顆粒

石墨烯負(fù)載聚(1, 5-二氨基蒽醌)(GNS@PDAA)納米復(fù)合材料

石墨烯負(fù)載金屬納米粒子

石墨烯負(fù)載銀納米粒子

聚乙烯醇(PVA)包覆石墨烯

聚己內(nèi)酯(PCL)包覆氧化石墨烯

聚(胺酰胺)(PAMAM)包覆石墨納米片

氧化石墨烯負(fù)載金納米棒

氧化石墨烯負(fù)載介孔二氧化硅顆粒

石墨烯-半導(dǎo)體納米粒子復(fù)合材料：

TiO2，ZnO，SnO2，MnO2，CO3O4，Fe3O4，Fe2O3,NiO，Cu2O，RuO2，CdS和CdSe

石墨烯負(fù)載TiO2二氧化鈦復(fù)合材

石墨烯負(fù)載ZnO氧化鋅納米粒子

石墨烯負(fù)載SnO2氧化錫納米顆粒

石墨烯負(fù)載MnO2二氧化錳納米顆粒

石墨烯負(fù)載CO3O4氧化鈷納米顆粒

石墨烯負(fù)載Fe3O4氧化鐵納米顆粒

石墨烯負(fù)載Fe2O3三氧化二鐵納米顆粒

石墨烯負(fù)載NiO氧化鎳納米顆粒

石墨烯負(fù)載Cu2O氧化亞銅納米顆粒

石墨烯負(fù)載RuO2氧化釕納米顆粒

石墨烯負(fù)載CdSe硒化鎘納米顆粒

石墨烯負(fù)載上轉(zhuǎn)換納米顆粒

石墨烯/碳納米管復(fù)合材料

殼聚糖修飾氧化石墨烯， 殼聚糖-氧化石墨烯復(fù)合材料

葡聚糖修飾氧化石墨烯

海藻酸鈉修飾氧化石墨烯

PEI修飾氧化石墨烯，GO-PEG-PEI正電荷氧化石墨烯載基因

MPEG-SS-GO 聚乙二醇-二硫鍵-氧化石墨烯

FITC綠色熒光標(biāo)記氧化石墨烯

紅色羅丹明標(biāo)記氧化石墨烯

葉酸修飾環(huán)糊精包裹氧化石墨烯