一种有机‑无机复合型二氧化硅纳米空心球及制备方法技术

本发明专利技术公开了一种有机‑无机复合型二氧化硅纳米空心球及制备方法，所述二氧化硅纳米空心球的粒径尺寸为40～100nm，壳层厚度为8～20nm；所述壳层为有机基团与二氧化硅的复合体。所述制备方法包括：以乙醇为溶剂制备聚丙烯酸铵纳米球形聚集体的碱性悬浊液；将预设比例的四乙氧基硅烷和有机硅硫化物进行混合后，加入所述悬浊液中，在预设温度下进行搅拌，得到复合物沉淀，而后进行离心洗涤并干燥。本发明专利技术所提供的有机‑无机复合型二氧化硅纳米空心球尺寸小，组成和结构可调，具有高的药物负载容量，对细胞内高浓度的谷胱甘肽具有响应性降解性能，制备方法操作简单、重复性好、绿色环保，在构筑药物递送系统方面具有巨大的应用前景。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于纳米生物材料领域，具体涉及一种有机-无机复合型二氧化硅纳米空心球及制备方法。
技术介绍
在生物医学领域，对于癌细胞的一种可期待的治疗方式之一，就是靶向递送化学药物或基因药物到肿瘤部位或癌细胞，从而特异性的靶向杀死癌细胞，而对正常细胞无副作用。纳米生物医学(Nano-biomedicine)和纳米生物技术(Nano-biotechnology)的诞生和快速发展给这一治疗方式带来了光明。各种各样的药物或基因递送系统和多功能诊断治疗系统已经被制备，并进行了初步的细胞和动物实验，获得了大量的积极数据。在这些系统中，有机系统，例如表面活性剂、聚合物基乳液和脂质体是典型的代表，但是这些有机药物递送系统的低的药物负载效率和化学/热的不稳定性很大程度上阻碍了它们进一步的临床应用。无机材料系统由于具有高的药物负载容量、高的稳定性、优秀的生物相容性等特点，在纳米医学方面吸引了广泛的关注。进一步对无机材料进行有机功能化，可以实现刺激性可控释放，肿瘤靶向递送，同时提高其在血液中的稳定性，从而进一步推动其进入临床阶段。在无机递送系统中，介孔二氧化硅纳米粒子(mesoporous silica nanoparticles)正在吸引广泛的兴趣，因为它能满足作为构筑药物递送系统所需要的载体平台应该具有的必要条件，即无毒、高效的药物负载、可控的药物释放、有效的细胞摄取等特点。普适(通用)的粒子合成方法，例如，结构导向剂指导的溶胶-凝胶化学，允许孔道尺寸的有效调控，使介孔二氧化硅纳米粒子适用于负载各种类型的亲水和疏水客体分子。另外，通过硅酸盐化学，粒子的外表面能容易的进行功能化，嫁接各种靶向或功能分子。尽管二氧化硅具有一定的可降解性，且大部分能通过肾脏及其它系统排出到体外，但是，介孔二氧化硅纳米粒子由于其低的降解速率会在体内有少量残留，而残留的二氧化硅纳米粒子在生物体内的累积对有机体会造成毒副作用，这一缺陷成为阻碍其临床应用的主要障碍之一。为了增强降解和最终降低纳米载体的毒性，构筑响应性降解递送系统成为关键：一旦载体靶向进入肿瘤部位或癌细胞后，载体对存在于细胞环境中的刺激发生自降解行为。现有技术中，通常利用二硫键链接功能有机分子构筑递送系统，或者将有机分子通过二硫键连接到无机粒子的表面，从而响应细胞环境中的刺激，使有机-无机二氧化硅纳米粒子发生自降解行为。例如，法国斯特拉斯堡大学的Luisa De Cola等人制备了骨架中含有二硫键的介孔有机二氧化硅纳米粒子，他们的另一个工作是在蛋白分子的表面包覆了骨架中含有二硫键的有机二氧化硅。但是，目前所制备的有机-无机复合型的二氧化硅，粒子的平均粒径都大于100nm，药物负载量低，而作为药物载体，当粒子尺寸小于100nm时，可大幅提高粒子的药物负载量，同时小的尺寸更利于递送粒子的降解；从结构上来说，多孔粒子的药物负载容量有限；另外，从制备方法上来说，现有技术中的制备有机-无机复合型的骨架中含有二硫键或四硫键的二氧化硅纳米粒子的方法，通常需要两步或多步过程，制备周期长，成本高。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是提供一种有机-无机复合型二氧化硅纳米空心球及制备方法，获得粒子尺寸小于100nm、具有更高药物负载量的药物递送系统，为解决现有技术中的药物递送系统药物负载量小、自降解速率低、制备过程复杂的难题提供新的方法。根据本专利技术的一个方面，提供了一种有机-无机复合型二氧化硅纳米空心球，所述二氧化硅纳米空心球的粒径尺寸为40～100nm，壳层厚度为8～20nm；所述壳层为有机硫醚基团与二氧化硅的复合体。上述方案中，所述有机硫醚基团为二硫键(-C–S–S–C-)和/或四硫键(-C–S–S–S–S–C-)。上述方案中，所述二硫键(-C–S–S–C-)和/或四硫键(-C–S–S–S–S–C-)的含量为：硫的重量百分含量为0～10wt％。根据本专利技术的另一个方面，还提供了一种有机-无机复合型二氧化硅纳米空心球的制备方法，所述方法包括如下步骤：以乙醇为溶剂制备聚丙烯酸铵纳米球形聚集体的碱性悬浊液；将预设比例的四乙氧基硅烷和有机硅硫化物进行混合后，以聚丙烯酸/混合硅烷＝8～40wt％的比例，加入所述悬浊液中，在预设温度下进行搅拌，得到复合物沉淀；对所述复合物沉淀进行离心洗涤并干燥，得到有机-无机复合型二氧化硅纳米空心球。上述方案中，所述聚丙烯酸铵纳米球形聚集体的碱性悬浊液，进一步通过以下步骤制备：将聚丙烯酸水溶液加入氨水溶液中，其中聚丙烯酸与氨的质量比为1:2.73～1:15.2，混合均匀得到溶液A；将所述溶液A加入预设温度的乙醇中并搅拌，得到聚丙烯酸铵的纳米球形聚集体的碱性悬浊液。上述方案中，所述聚丙烯酸的分子量为2000～8000。上述方案中，所述有机硅硫化物为双-[3-(三乙氧基硅)丙基]-二硫化物和/或双-[3-(三乙氧基硅)丙基]-四硫化物。上述方案中，所述硅烷为四乙氧基硅烷。上述方案中，所述预设温度为20～40℃。本专利技术的上述技术方案的有益效果如下：本专利技术所提供的有机-无机复合型二氧化硅纳米空心球，粒径尺寸基本控制在100nm以下，且通过调控一系列实验参数，空心球的组成(即二硫键或四硫键的含量)和结构(即粒径和空腔尺寸)可以调控，具有高的药物负载容量，阿霉素的负载量超过30wt％，且对细胞内高浓度的谷胱甘肽具有响应性降解性能，所述制备方法具有操作简单、重复性好、绿色环保、可规模化制备、适用范围广等优点，在构筑药物递送系统方面具有巨大的应用前景。附图说明图1为本专利技术实施方式的有机-无机复合型二氧化硅纳米空心球的制备方法流程图；图2a-c为本专利技术实施例1制备的无机SiO2空心球第一样品的扫描(2a)和透射(2b,c)电子显微镜照片；图3a-c为本专利技术实施例2制备的无机SiO2空心球第二样品的扫描(3a)和透射(3b,c)电子显微镜照片；图4a-c为本专利技术实施例3制备的无机SiO2空心球第三样品的扫描(4a)和透射(4b,c)电子显微镜照片；图5a-c为本专利技术实施例4制备的无机SiO2空心球第四样品的扫描(5a)和透射(5b,c)电子显微镜照片；图6a-c为本专利技术实施例5制备的无机SiO2空心球第五样品的扫描(6a)和透射(6b,c)电子显微镜照片；图7a-c为本专利技术实施例6制备的无机SiO2空心球第六样品的扫描(7a)和透射(7b,c)电子显微镜照片；图8a-c为本专利技术实施例7制备的无机SiO2空心球第七样品的扫描(8a)和透射(8b,c)电子显微镜照片；图9a-c为本专利技术实施例8制备的无机SiO2空心球第八样品的扫描(9a)和透射(9b,c)电子显微镜照片；图10a-c为本专利技术实施例9制备的无机SiO2空心球第九样品的扫描(10a)和透射(10b,c)电子显微镜照片；图11a-e为第九样品的透射电镜图(11a)、空心球骨架中Si(11b)、O(11c)、S(11d)元素的分布图和Si、O、S元素的叠加复合图(11e)；图12为第九样品的能谱图；图13a,b为第九样品的拉曼光谱图(13a)和第九样品波数300～900cm-1范围的放大图(13b)；图14a-c为本专利技术实施例10制备的无机SiO2空心球第十样品的扫描(14a)和透射(14b,c)电子显微镜照片；图15a-c为本本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种有机‑无机复合型二氧化硅纳米空心球，其特征在于，所述二氧化硅纳米空心球的粒径尺寸为40～100nm，壳层厚度为8～20nm；所述壳层为有机硫醚基团与二氧化硅的复合体。

【技术特征摘要】
1.一种有机-无机复合型二氧化硅纳米空心球，其特征在于，所述二氧化硅纳米空心球的粒径尺寸为40～100nm，壳层厚度为8～20nm；所述壳层为有机硫醚基团与二氧化硅的复合体。2.根据权利要求1所述的二氧化硅纳米空心球，其特征在于，所述有机硫醚基团为二硫键和/或四硫键。3.根据权利要求2所述的二氧化硅纳米空心球，其特征在于，所述二硫键和/或四硫键的含量为：硫的重量百分含量为0～10.0wt％。4.一种有机-无机复合型二氧化硅纳米空心球的制备方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：以乙醇为溶剂制备聚丙烯酸铵纳米球形聚集体的碱性悬浊液；将预设比例的四乙氧基硅烷和有机硅硫化物进行混合后，以聚丙烯酸/混合硅烷＝8～40wt％的比例，加入所述悬浊液中，在预设温度下进行搅拌，得到复合物沉淀；对所述复合物沉淀进行离心洗涤并干燥，得到有机-无机复合型二氧化硅纳米空心球。5.根据权利要求4...

【专利技术属性】
技术研发人员：杜鑫，周梦芸，
申请(专利权)人：北京科技大学，
类型：发明
国别省市：北京;11