囊封有生物活性成分的空心二氧化硅纳米粒子、其制备方法和应用技术

本发明专利技术涉及囊封有生物活性成分的空心二氧化硅纳米粒子、其制备方法和应用。本发明专利技术涉及空心二氧化硅纳米粒子，其为装载生物活性成分的药物递送系统。具体地说，本发明专利技术涉及包含多层二氧化硅壳体和一或多种囊封于所述壳体内的生物活性成分的二氧化硅纳米粒子，以及其在药物递送中的应用。

Hollow silica nanoparticles with bioactive components, preparation methods and Applications

The invention relates to hollow silica nanoparticles with bioactive components in the capsule, a preparation method and an application of the hollow silica nanoparticles. The invention relates to hollow silica nanoparticles, which is a drug delivery system for loading bioactive components. In particular, the present invention relates to silica nanoparticles containing multi-layer silica shells and one or more bioactive components encapsulated in the shell, and their application in drug delivery.

【技术实现步骤摘要】
囊封有生物活性成分的空心二氧化硅纳米粒子、其制备方法和应用相关申请的交叉引用本申请涉及且要求2016年8月19日所提交的美国临时申请62/376,920的权益，所述美国临时申请的内容整体并入本文供参考。
本专利技术涉及空心二氧化硅纳米粒子，其为装载生物活性成分的药物递送系统。具体地说，本专利技术涉及包含多层二氧化硅壳体和一或多种囊封于所述壳体内的生物活性成分的二氧化硅纳米粒子，以及其在药物递送中的应用。
技术介绍
使用巨分子(如蛋白质或核酸)作为治疗剂的新治疗形式的发展产生研发出将这种巨分子递送到其适当细胞目标的新颖有效方法的需求。已发现纳米粒子技术应用于药理学和药物递送。已经研发出用于大分子递送的纳米载体，包括聚合物、脂质体和无机纳米粒子，如二氧化硅纳米粒子。在各种二氧化硅纳米材料中，空心二氧化硅纳米粒子(HSN)因其独特的物理/化学特性(如大孔隙体积、化学/热稳定性、高装载量、可调控的表面特性和优良的生物兼容性)而被认为具有作为药物递送系统的巨大潜力。不同于常见的实心介孔性二氧化硅纳米粒子(MSN)，HSN可以囊封较大尺寸的物质(如生物活性成分)且因独特形态(即，多孔薄壳和空心的内部空间)而对所述大物质展现较高的装载量，而这又增强了在催化、生物医学等应用中的功效。HSN的形态和特征在很大程度上取决于合成策略，其因应用而异。硬模板方法(已知是用于合成空心二氧化硅纳米粒子的传统方法)是使用固体和硬质粒子(如聚苯乙烯粒子)作为核心模板，且模板材料相对于二氧化硅来说是异质的。鉴于此，可以通过煅烧、溶剂溶解或其它方式来蚀刻核心模板，以在封闭的二氧化硅壳体内留下空心的空间(李Y.(Li,Y.)；施J.(Shi,J.)，空心结构化介孔材料：化学合成、功能化和应用(Hollow-structuredmesoporousmaterials:chemicalsynthesis,functionalizationandapplications)，先进材料(AdvMater)2014，26，3176-3205)。虽然纳米粒子尺寸的均一性、纳米粒子形状和空腔维度可以得到精确的控制，但是这类方法需要多步合成工艺以及繁琐的模板蚀刻程序，这是耗时且/或复杂的。软模板方法也使用蚀刻核壳结构中的核心模板以形成空心二氧化硅纳米粒子的构思，但是核心模板比硬模板方法中所用的模板“更软”。举例来说，软核心模板可以是可挠性液体“粒子”，如胶束、乳液、由二氧化硅异质材料组成的囊泡，或甚至气泡。然而，通常认为这些方法所制备的HSN因所述软模板的可挠性而具有不规则的外观和较宽的粒度分布。举例来说，如果在二氧化硅壳体结构变硬之前，水包油(O/W)型乳液中的油通过介孔逸出，那么将形成特殊的圆帽样HSN(邹C.-J.(Tsou,C.-J.)；洪Y.(Hung,Y.)；牟C.-Y.(Mou,C.-Y.)，壳体厚度和孔隙尺寸分布可调的作为宽范围pH纳米传感器应用的空心介孔性二氧化硅纳米粒子(Hollowmesoporoussilicananoparticleswithtunableshellthicknessandporesizedistributionforapplicationasbroad-rangingpHnanosensor)，微孔和介孔材料(MicroporousandMesoporousMaterials)2014，190，181-188)。然而，在模板蚀刻程序之前却不能装载生物活性成分，原因是所述程序有可能毁灭其活性。除上述方法之外，结构差异选择性蚀刻方法为合成空心二氧化硅纳米粒子提供了不同构思。在这类方法中，使用不同的二氧化硅源形成纳米粒子内具有结构差异的二氧化硅纳米粒子，即，所述结构在不同位点展现不同强度，具体地说，内层比外层更脆弱。这种现象发现于一些溶胶-凝胶方法中，包括最通用的史托伯方法(method)。因此，通过选择性地且轻缓地除去纳米粒子中的脆性部分将产生空心的空间。选择性的除去脆性部分相对来说是可控的，尤其是当特殊设计在二氧化硅纳米粒子制造期间提高了结构差异的程度时。张(Chang)等人已经公开了一种通过利用微乳液系统中的合成的优点而从头(denovo)将酶囊封于HSN中的方法(用于细胞内生物催化的囊封酶的空心二氧化硅纳米球(Enzymeencapsulatedhollowsilicananospheresforintracellularbiocatalysis)，美国化学学会应用材料与界面(ACSApplMaterInterfaces)2014，6，6883-6890；含有酶的空心二氧化硅纳米球的细胞内植入作为蛋白质疗法：超氧化歧化酶和催化酶的级联系统(Intracellularimplantationofenzymesinhollowsilicananospheresforproteintherapy:cascadesystemofsuperoxidedismutaseandcatalase)，微小(Small)2014，10，4785-4795)。然而，虽然结构差异选择性蚀刻方法可以在某种程度上防止出现使用硬模板或软模板方法所遇到的问题，但是空心二氧化硅纳米粒子的产率非常低(至多约10mg/20mL油)。另外，这些方法所制备的纳米粒子仍有聚集的倾向，这是有待解决的重大问题。因此，仍需要改进的空心二氧化硅纳米粒子作为药物递送系统，以及合成这类空心二氧化硅纳米粒子的有成本效益的简单方法。
技术实现思路
为了克服所属领域中遇到的问题，本申请提供以下解决方案。提供一种二氧化硅纳米粒子，其属于空心二氧化硅纳米粒子(HSN)且尤其可以充当药物递送系统。首先，本专利技术提供了一种二氧化硅纳米粒子，其包含多层二氧化硅壳体，其中每个壳体具有介孔隙且包围封闭的空心空间，其中最内部的封闭空心空间任选地具有实心二氧化硅核心；以及囊封于所述空间内的一或多种生物活性成分，其中所述生物活性成分的尺寸大于囊封其的壳体的孔隙尺寸，且其中每个空间中的生物活性成分可以相同或不同。其次，本专利技术还提供了一种制备二氧化硅纳米粒子的方法，包含以下步骤：(a)步骤(a-1)与(a-2)的任一者：(a-1)提供油相、表面活性剂、烷氧基硅烷和/或硅酸盐源、其中任选的含有一或多种生物活性成分的水相和任选的辅助表面活性剂，以形成油包水(W/O)型微乳液；和(a-2)提供油相、表面活性剂、烷氧基硅烷和/或硅酸盐源和任选的辅助表面活性剂，以形成混合物；(b)向(a-1)的W/O微乳液中添加引发试剂，或向(a-2)的混合物添加水性引发试剂、以形成油包水(W/O)型微乳液，接着形成二氧化硅纳米核，所述二氧化硅纳米核与其表面上的生物活性成分键联且/或囊封生物活性成分于其中；(c)提供含有生物活性成分的水相；(d)将烷氧基硅烷和/或硅酸盐源引入，以形成包围(b)的二氧化硅纳米核的另一个二氧化硅层；(e)任选地重复进行步骤(c)和(d)一或多次；(f)实施去稳定化条件以使W/O微乳液去稳定化且收集由微乳液如此形成的所得粒子；以及(g)将步骤(f)中所收集到的粒子分散于水性洗涤相中，以获得二氧化硅纳米粒子；其中步骤(d)和(e)中的烷氧基硅烷和/或硅酸盐源、以及任选地步骤(a)中的烷氧基硅烷和/本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种二氧化硅纳米粒子，包含多层二氧化硅壳体，其中每个壳体具有介孔隙且包围封闭的空心空间，所述最内部的封闭空心空间任选地具有二氧化硅实心核；以及一或多种囊封于所述空间内的生物活性成分，其中所述生物活性成分的尺寸大于囊封其的所述壳体的孔隙尺寸，且其中每个空间中的所述生物活性成分可以是相同或不同的。

【技术特征摘要】
2016.08.19 US 62/376,9201.一种二氧化硅纳米粒子，包含多层二氧化硅壳体，其中每个壳体具有介孔隙且包围封闭的空心空间，所述最内部的封闭空心空间任选地具有二氧化硅实心核；以及一或多种囊封于所述空间内的生物活性成分，其中所述生物活性成分的尺寸大于囊封其的所述壳体的孔隙尺寸，且其中每个空间中的所述生物活性成分可以是相同或不同的。2.根据权利要求1所述的二氧化硅纳米粒子，其具有约20nm到约500nm范围内的粒度。3.根据权利要求1所述的二氧化硅纳米粒子，其具有约20nm到约150nm范围内的粒度。4.根据权利要求1所述的二氧化硅纳米粒子，其具有两个或更多个壳体。5.根据权利要求1所述的二氧化硅纳米粒子，其中每个壳体具有有机二氧化硅残基。6.根据权利要求1所述的二氧化硅纳米粒子，其中所述壳体的孔隙尺寸小于5nm。7.根据权利要求1所述的二氧化硅纳米粒子，其中所述壳体各自独立地具有约2nm到约15nm的厚度。8.根据权利要求1所述的二氧化硅纳米粒子，其中所述空间的尺寸是可调节的。9.根据权利要求1所述的二氧化硅纳米粒子，其中所述壳体之间的所述空间的尺寸是在2nm到75nm范围内。10.根据权利要求1所述的二氧化硅纳米粒子，其中所述生物活性成分自身或具有表面修饰的所述生物活性成分可以分散于或溶解于水相中。11.根据权利要求1所述的二氧化硅纳米粒子，其中所述生物活性成分是酶、蛋白质药物、抗体、疫苗、抗生素或核苷酸药物。12.根据权利要求11所述的二氧化硅纳米粒子，其中所述酶是阿加糖酶、伊米苷酶、他利苷酶、维拉苷酶、阿糖苷酶、赛贝利酶、拉罗尼酶、艾杜硫酶、埃洛磺酶、加硫酶、阿葡糖苷酶、天冬酰胺酶、谷氨酰胺酶、精氨酸脱亚胺酶、精氨酸酶、甲硫氨酸酶、半胱氨酸酶、高半胱氨酸酶、苯丙氨酸羟化酶、苯丙胺酸氨裂解酶、尿酸氧化酶、催化酶、辣根过氧化酶、超氧化歧化酶或谷胱甘肽过氧化酶。13.根据权利要求1所述的二氧化硅纳米粒子，其中聚(乙二醇)(PEG)或肿瘤靶向配位体任选地连接到每个壳体的外表面。14.一种用于制备二氧化硅纳米粒子的方法，包含以下步骤：(a)步骤(a-1)与(a-2)的任一者：(a-1)提供油相、表面活性剂、烷氧基硅烷和/或硅酸盐源、其中任选的含有一或多种生物活性成分的水相和任选的辅助表面活性剂，以形成油包水(W/O)型微乳液；和(a-2)提供油相、表面活性剂、烷氧基硅烷和/或硅酸盐源和任选的辅助表面活性剂，以形成混合物；(b)向(a-1)的所述W/O微乳液中添加引发试剂，或向(a-2)的混合物添加水性引发试剂、以形成油包水(W/O)型微乳液，接着形成二氧化硅纳米核，所述二氧化硅纳米核与其表面上的生物活性成分键联且/或将所述生物活性成分囊封于其中；(c)提供含有生物活性成分的水相；(d)将烷氧基硅烷和/或硅酸盐源引入，以形成包围(b)的所述二氧化硅纳米核的另一个二氧化硅层；(e)任选地重复进行步骤(c)和(d)一或多次；(f)实施去稳定化条件以使所述W/O微乳液去稳定化且收集由所述微乳液如此形成的所得粒子；以及(g)将步骤(f)中所收集到的粒子分散于水性洗涤相中，以获得所述二氧化硅纳米粒子；其中步骤(d)和(e)中的所述烷氧基硅烷和/或硅酸盐源、以及任选地步骤(a)中的所述烷氧基硅烷和/或硅酸盐源包含至少一种有机烷氧基硅烷，且其中所述生物活性成分的尺寸大于囊封其的所述二氧化硅壳体的孔隙尺寸。15.根据权利要求14所述的方法，其中步...

【专利技术属性】
技术研发人员：牟中原，郭乃元，陈奕平，吴思翰，
申请(专利权)人：牟中原，
类型：发明
国别省市：中国台湾,71