技术领域
[0001] 本
发明涉及无机功能材料领域，尤其涉及一种用于微波可控药物缓释的花状纳米载体及制备方法。
背景技术
[0002] 近年来，靶向可控
给药系统受到广大研究者的青睐。相对于传统的化疗手段，靶向可控给药系统将抗癌药物靶向到特定部位，减少抗癌药物对正常细胞的毒
副作用；精准控制药物释放提高了药物对癌细胞和组织的有效杀伤，在
生物医学领域具有非常重要的意义。无论是主动靶向还是被动靶向的给药系统均取得明显的进展和突破，但相对而言，磁靶向微波可控给药系统具有独特的优势。一方面，微波具有较强的穿透性和良好的
生物相容性，有较为广阔的生物应用前景。另一方面，微波的非热效应和热效应不仅能够有效的促进病变细胞对药物或载体的吞噬和吸收而且能够形成
热疗和化疗协同
治疗的效果。早前有关微波触发的给药系统的研究，从一系列Fe3O4@金属
氧化物(如Gd2O3，WO3，ZnO和TiO2)药物载体到空心
铁氧(CoFe2O4)纳米药物载体，取得了一些进展。然而，先前的研究工作主要是将磁损铁氧体(作为芯部材料)和介电损耗型金属氧化物(作为壳材料)组合以形成微波
吸收材料的纳米载体，载体以金属氧化物为主，载体
比表面积较小，药物负载率低。为了解决药物负载不足的问题，从理论上提高微波转换效率，新的微波触发药物缓释系统有待进一步开发和研究。
[0003]
碳类材料，从巴基球到碳
纳米管，从
石墨烯到石墨炔，由于其丰富多样家族体系，一致受到研究者的青睐。作为传统材料，其合成制备手段已经相当成熟，中空介孔、管状、针状和片状，花状等各种形貌的碳材料层出不穷。由于碳材料较大的比表面积，丰富的孔隙结构和良好的生物相容性，其经常被用作抗癌药物的载体，应用到药物释放体系。另外由于介电损耗型的碳材料，具有廉价、质轻、易制备的优势，其微波性能也被广泛研究。无论是单一的碳材料，包括从实心碳球到无序介孔碳球再到有序介孔碳球，从中空碳球到中空介孔碳球；还是与磁损耗
型材料复合的四氧化三铁介孔碳复合纳米微球，均体现良好的吸波性能，其吸波机制均被研究者深入研究，并且在隐身材料和军工领域均有广泛的应用。目前国内外研究碳基
复合材料的载药性能和吸波性能的均不在少数，但少有人将碳基材料的吸波性能应用到微波可控药物释放领域。
发明内容
[0004] 为解决上述技术问题，本发明提供一种用于微波可控药物缓释的花状纳米载体及制备方法，该材料组分简单，构成所述纳米载体的基底材料为花状多孔的碳球。通过“
二氧化硅-
支撑”硬
模版法制备花状多孔的碳球，然后用
热解法和溶胶-凝胶法实现HMCNF，Fe3O4和SiO2材料的组装和复合，得到Fe3O4/HMCNF-SiO2材料，其形貌为中空介孔结构，并且粒径在100～500nm，Fe3O4含量为10wt％～50wt％，SiO2含量为1wt％～10wt％。
[0005] 本发明提供一种用于微波可控药物缓释的花状纳米载体及制备方法，采用如下技术方案：
[0006] 本发明公开了一种用于微波可控药物缓释的花状纳米载体，以花状多孔的碳球、四氧化三铁、
二氧化硅为原料，通过硬模版法、热解法和溶胶-凝胶法制得。
[0007] 可选的，所述纳米载体的粒径为100～500nm。
[0008] 在这里优选的，所述纳米载体中，四氧化三铁的含量为10wt％～50wt％，二氧化硅的含量为1wt％～10wt％。
[0009] 在这里进一步的，所述硬模版法的步骤为：
[0011] 将2g十六烷基三甲基
氯化铵加入到100mL去离子
水和40mL无水
乙醇的混合溶液中，再加入0.1～2.0mL
氨水催化剂，在70℃下剧烈搅拌至形成透明的溶液；随后，加入一定量间苯二酚并连续搅拌20分钟；然后将3mL正
硅酸乙酯和0.74mL甲
醛溶液加入到反应溶液中并再搅拌30分钟直至完全溶解；接着，向上述混合物中加入一定配比的甲醛和尿素，连续搅拌24小时，甲醛、间苯二酚和尿素发生缩聚反应得到聚合树脂，形成红棕色沉淀；然后离心上述溶液后，在70℃下空气干燥过夜得到前驱体树脂微球；
[0012] 步骤2：制备碳-二氧化硅纳米载体；
[0013] 将前驱体树脂微球在管式炉内完成碳化，控制管式炉条件为30mL·min-1N2流下800℃
煅烧3小时；加热速率在600℃以下为2℃·min-1，600℃以上为5℃·min-1；经过碳化得到的碳-二氧化硅纳米载体；
[0014] 步骤3：制备中空介孔结构的花状碳球产物；
[0015] 将得到的介孔碳-二氧化硅用20％HF溶液浸渍48h
刻蚀除去二氧化硅，然后干燥过夜后得到具有中空介孔结构的花状碳球产物。
[0016] 在这里进一步的，所述热解法和溶胶-凝胶法的步骤为：
[0017] 步骤一：将0.25g～1.0g Fe(NO3)3·9H2O溶于10mL无水乙醇中，搅拌形成均匀含铁离子的溶液；接着将该溶液分10～15次滴加到100mg的花状碳球中，滴加至样品变为润湿状态，每次将样品在80℃下干燥20分钟；该过程重复10～15次，达到固体
质量为100mg～500mg；
[0018] 步骤二：将上述固体样品在80℃的丙酸蒸气下处理15小时，然后在280℃的氮气氛下
热处理2小时，从而获得获得Fe3O4/HMCNF复合纳米颗粒；
[0019] 步骤三：将上述的Fe3O4/HMCNF复合纳米微球在0.1～1.0mol·L-1TEOS溶液中搅拌6小时，最后得到Fe3O4/HMCNF-SiO2复合纳米微球。
[0020] 同时，本发明还公开了一种用于微波可控药物缓释的花状纳米载体的制备方法，以花状多孔的碳球、四氧化三铁、二氧化硅为原料，通过硬模版法、热解法和溶胶-凝胶法制得。
[0021] 优选的，所述纳米载体中，四氧化三铁的含量为10wt％～50wt％，二氧化硅的含量为1wt％～10wt％。
[0022] 进一步的，所述硬模版法的步骤为：
[0023] 步骤1：制备前驱体树脂微球；
[0024] 将2g十六烷基三甲基氯化铵加入到100mL去离子水和40mL无水乙醇的混合溶液中，再加入0.1～2.0mL氨水催化剂，在70℃下剧烈搅拌至形成透明的溶液；随后，加入一定量间苯二酚并连续搅拌20分钟；然后将3mL正硅酸乙酯和0.74mL甲醛溶液加入到反应溶液中并再搅拌30分钟直至完全溶解；接着，向上述混合物中加入一定配比的甲醛和尿素，连续搅拌24小时，甲醛、间苯二酚和尿素发生缩聚反应得到聚合树脂，形成红棕色沉淀；然后离心上述溶液后，在70℃下空气干燥过夜得到前驱体树脂微球；
[0025] 步骤2：制备碳-二氧化硅纳米载体；
[0026] 将前驱体树脂微球在管式炉内完成碳化，控制管式炉条件为30mL·min-1N2流下800℃煅烧3小时；加热速率在600℃以下为2℃·min-1，600℃以上为5℃·min-1；经过碳化得到的碳-二氧化硅纳米载体；
[0027] 步骤3：制备中空介孔结构的花状碳球产物；
[0028] 将得到的介孔碳-二氧化硅用20％HF溶液浸渍48h刻蚀除去二氧化硅，然后干燥过夜后得到具有中空介孔结构的花状碳球产物。
[0029] 进一步的，所述热解法和溶胶-凝胶法的步骤为：
[0030] 步骤一：将0.25g～1.0g Fe(NO3)3·9H2O溶于10mL无水乙醇中，搅拌形成均匀含铁离子的溶液；接着将该溶液分10～15次滴加到100mg的花状碳球中，滴加至样品变为润湿状态，每次将样品在80℃下干燥20分钟；该过程重复10～15次，达到固体质量为100mg～500mg；
[0031] 步骤二：将上述固体样品在80℃的丙酸蒸气下处理15小时，然后在280℃的氮气氛下热处理2小时，从而获得获得Fe3O4/HMCNF复合纳米颗粒；
[0032] 步骤三：将上述的Fe3O4/HMCNF复合纳米微球在0.1～1.0mol·L-1TEOS溶液中搅拌6小时，最后得到Fe3O4/HMCNF-SiO2复合纳米微球。
[0033] Fe3O4/HMCNF-SiO2纳米微球的微波性能测试、药物负载释放测试，主要包括如下步骤：将50mg Fe3O4/HMCNF-SiO2分散到40mL的生理盐水中，在微波反应器中，测试在微波
辐射下
温度从25℃升高到60℃所需要的时间，从而衡量Fe3O4/HMCNF-SiO2的微波效率。对于药物DOX实施负载，将20mg Fe3O4/HMCNF-SiO2分散在10mL均相DOX水溶液(0.5mg·mL-1)中。在不同时间，用磁
力分离技术提取0.5mL溶液，然后用UV分光光度计测量其在481nm处的吸光度，测试计算后得到24h内的药物负载率。负载药物的载体在40mL生理盐水中加上200W微波辐射、37℃缓慢搅拌下释放药物。在不同时间，用磁力分离技术提取1ml上清液，测试计算从而得到12h内药物的释放率。
[0034] 本发明的优点在于合成结构可控的中空介孔花状碳微球，一方面作为载体增加药物的装载量，另一方面其独特的结构也有利于微波的吸收。因此，这种复合纳米颗粒不仅显著提高药物的负载量，而且能够起到磁靶向
定位的作用。更重要的是，介电损耗型的HMCNF和磁损耗型的Fe3O4复合能够明显改善Fe3O4/HMCNF-SiO2复合纳米微球的吸波性能，从而实现其微波可
控释药的目的。制备Fe3O4/HMCNF-SiO2复合纳米微球，我们不仅通过催化剂的量对中空介孔花状碳微球的粒径进行了控制，而且通过改变Fe3O4和SiO2的量对载体的成分进行了调控。将Fe3O4/HMCNF-SiO2复合纳米微球，用于微波可控磁靶向给药系统，希望其能够实现药物的靶向定位，药物的高效负载和微波可控提高药物的释放，令其在靶向可控给药方面得到更广阔的应用。
附图说明
[0035] 图1为不同粒径的中空介孔花状碳球的SEM图(a.
实施例1和b.实施例2)；
[0036] 图2为不同Fe3O4含量的Fe3O4/HMCNF复合纳米微球的SEM图(a.实施例1和b.实施例3)；
[0037] 图3为不同SiO2含量Fe3O4/HMCNF-SiO2复合纳米颗粒的SEM图(a.实施例1和b.实施例4)；
[0038] 图4为不同样品Fe3O4/HMCNF-SiO2的药物负载曲线(实施例1-4)；
[0039] 图5为不同样品Fe3O4/HMCNF-SiO2在微波刺激下的药物释放曲线(实施例1-4)。
具体实施方式
[0040] 下面将结合附图和实施方式对本发明作进一步说明。
[0041] 实施例1
[0042] 本实施例中，制备了粒径为200nm、Fe3O4含量为16.7wt％、SiO2含量为2.5wt％的复合纳米微球Fe3O4/HMCNF-SiO2，并标记为样品S1，其具体步骤如下：
[0043] (1)将2g十六烷基三甲基氯化铵加入到100mL去离子水和40mL无水乙醇的混合溶液中，加入0.25mL氨水催化剂，在70℃下剧烈搅拌至形成透明的溶液。随后，加入0.55g间苯二酚并连续搅拌20分钟。然后将3mL正硅酸乙酯和0.74mL甲醛溶液加入到反应溶液中并再搅拌30分钟直至完全溶解。接着，向上述混合物中加入0.55mL甲醛和0.6g尿素，连续搅拌24小时，甲醛、间苯二酚和尿素发生缩聚反应得到聚合树脂，形成红棕色沉淀。上述溶液离心后，在70℃下空气干燥过夜得到前驱体树脂微球。
[0044] (2)将前驱体树脂微球在管式炉内完成碳化，控制管式炉条件为30mL·min-1N2流下800℃煅烧3小时。加热速率在600℃以下为2℃·min-1，600℃以上为5℃·min-1。经过碳化得到的碳-二氧化硅纳米载体。
[0045] (3)将得到的碳-二氧化硅纳米载体用20％HF溶液浸渍48h刻蚀除去二氧化硅，然后干燥过夜后得到产物中空介孔花状碳球(如图1a)。
[0046] (4)将0.25g Fe(NO3)3·9H2O溶于10mL无水乙醇中，搅拌形成均匀含铁离子溶液。接着将溶液分10～15次滴加到100mg的花状碳球中，滴加至样品变为润湿状态，每次将样品在80℃下干燥20分钟。该过程重复10～15次，到固体质量为200mg。
[0047] (5)将上述固体样品在80℃的丙酸蒸气下处理15小时，然后在280℃的氮气氛下热处理2小时，然后可以获得Fe3O4/HMCNF复合纳米微球(如图2a)。
[0048] (6)将上述的Fe3O4/HMCNF复合纳米微球在0.144mol·L-1TEOS溶液中搅拌6小时，最后得到粒径为200nm左右的Fe3O4/HMCNF-SiO2复合纳米微球(如图3a)。测试结果表明，样2 -1 -1
品S1的比表面积为292.2m·g ，
磁性为8.9emu·g ，微波效率为120s，24h时药物的负载率为70.2％，微波刺激下12h时药物的释放率为25.2％，其相关性能参数详见表一样品S1。
[0049] 实施例2
[0050] 本实施例中，制备了粒径为350nm、Fe3O4含量为16.7wt％、SiO2含量为2.5wt％的复合纳米微球Fe3O4/HMCNF-SiO2，并标记为样品S2，其具体步骤如下：
[0051] (1)将2g十六烷基三甲基氯化铵加入到100mL去离子水和40mL无水乙醇的混合溶液中，加入1mL氨水催化剂，在70℃下剧烈搅拌至形成透明的溶液。随后，加入0.55g间苯二酚并连续搅拌20分钟。然后将3mL正硅酸乙酯和0.74mL甲醛溶液加入到反应溶液中并再搅拌30分钟直至完全溶解。接着，向上述混合物中加入0.55mL甲醛和0.6g尿素，连续搅拌24小时，甲醛、间苯二酚和尿素发生缩聚反应得到聚合树脂，形成红棕色沉淀。上述溶液离心后，在70℃下空气干燥过夜得到前驱体树脂微球。
[0052] (2)将前驱体树脂微球在管式炉内完成碳化，控制管式炉条件为30mL·min-1N2流下800℃煅烧3小时。加热速率在600℃以下为2℃·min-1，600℃以上为5℃·min-1。经过碳化得到的碳-二氧化硅纳米载体。
[0053] (3)将得到的碳-二氧化硅纳米载体用20％HF溶液浸渍48h刻蚀除去二氧化硅，然后干燥过夜后得到产物中空介孔花状碳球(如图1b)。
[0054] (4)将0.25g Fe(NO3)3·9H2O溶于10mL无水乙醇中，搅拌形成均匀溶液。接着将溶液分10～15次滴加到100mg的花状碳球中，滴加至样品变为润湿状态，每次将样品在80℃下干燥20分钟。该过程重复10～15次，到固体质量为200mg。
[0055] (5)将上述固体样品在80℃的丙酸蒸气下处理15小时，然后在280℃的氮气氛下热处理2小时，然后可以获得Fe3O4/HMCNF复合纳米微球。
[0056] (6)将上述的Fe3O4/HMCNF复合纳米微球在0.144mol·L-1TEOS溶液中搅拌6小时，最后得到粒径为350nm左右的Fe3O4/HMCNF-SiO2复合纳米微球。测试结果表明，样品S2的比表面积为324.5m2·g-1，磁性为8.7emu·g-1，微波效率为114s，24h时药物的负载率为76.5％，微波刺激下12h时药物的释放率为21.9％，其相关性能参数详见表一样品S2。
[0057] 实施例3
[0058] 本实施例中，制备了粒径为200nm、Fe3O4含量为33.3wt％、SiO2含量为2.5wt％的复合纳米微球Fe3O4/HMCNF-SiO2，并标记为样品S3，其具体步骤如下：
[0059] (1)将2g十六烷基三甲基氯化铵加入到100mL去离子水和40mL无水乙醇的混合溶液中，加入0.25mL氨水催化剂，在70℃下剧烈搅拌至形成透明的溶液。随后，加入0.55g间苯二酚并连续搅拌20分钟。然后将3mL正硅酸乙酯和0.74mL甲醛溶液加入到反应溶液中并再搅拌30分钟直至完全溶解。接着，向上述混合物中加入0.55mL甲醛和0.6g尿素，连续搅拌24小时，甲醛、间苯二酚和尿素发生缩聚反应得到聚合树脂，形成红棕色沉淀。上述溶液离心后，在70℃下空气干燥过夜得到前驱体树脂微球。
[0060] (2)将前驱体树脂微球在管式炉内完成碳化，控制管式炉条件为30mL·min-1N2流下800℃煅烧3小时。加热速率在600℃以下为2℃·min-1，600℃以上为5℃·min-1。经过碳化得到的碳-二氧化硅纳米载体。
[0061] (3)将得到的碳-二氧化硅纳米载体用20％HF溶液浸渍48h刻蚀除去二氧化硅，然后干燥过夜后得到产物中空介孔花状碳球。
[0062] (4)将0.5g Fe(NO3)3·9H2O溶于10mL无水乙醇中，搅拌形成均匀溶液。接着将溶液分10～15次滴加到100mg的花状碳球中，滴加至样品变为润湿状态，每次将样品在80℃下干燥20分钟。该过程重复10～15次，到固体质量为300mg。
[0063] (5)将上述固体样品在80℃的丙酸蒸气下处理15小时，然后在280℃的氮气氛下热处理2小时，然后可以获得Fe3O4/HMCNF复合纳米微球(如图2b)。
[0064] (6)将上述的Fe3O4/HMCNF复合纳米微球在0.144mol·L-1TEOS溶液中搅拌6小时，最后得到Fe3O4含量为33.3wt％Fe3O4/HMCNF-SiO2复合纳米微球。测试结果表明，样品S3的比表面积为213.4m2·g-1，磁性为18.1emu·g-1，微波效率为98s，24h时药物的负载率为56.8％，微波刺激下12h时药物的释放率为32.5％，其相关性能参数详见表一样品S3。
[0065] 实施例4
[0066] 本实施例中，制备了粒径为200nm、Fe3O4含量为16.7wt％、SiO2含量为5wt％的复合纳米微球Fe3O4/HMCNF-SiO2，并标记为样品S4，其具体步骤如下：
[0067] (1)将2g十六烷基三甲基氯化铵加入到100mL去离子水和40mL无水乙醇的混合溶液中，加入0.25mL氨水催化剂，在70℃下剧烈搅拌至形成透明的溶液。随后，加入0.55g间苯二酚并连续搅拌20分钟。然后将3mL正硅酸乙酯和0.74mL甲醛溶液加入到反应溶液中并再搅拌30分钟直至完全溶解。接着，向上述混合物中加入0.55mL甲醛和0.6g尿素，连续搅拌24小时，甲醛、间苯二酚和尿素发生缩聚反应得到聚合树脂，形成红棕色沉淀。上述溶液离心后，在70℃下空气干燥过夜得到前驱体树脂微球。
[0068] (2)将前驱体树脂微球在管式炉内完成碳化，控制管式炉条件为30mL·min-1N2流下800℃煅烧3小时。加热速率在600℃以下为2℃·min-1，600℃以上为5℃·min-1。经过碳化得到的碳-二氧化硅纳米载体。
[0069] (3)将得到的碳-二氧化硅纳米载体用20％HF溶液浸渍48h刻蚀除去二氧化硅，然后干燥过夜后得到产物中空介孔花状碳球。
[0070] (4)将0.5g Fe(NO3)3·9H2O溶于10mL无水乙醇中，搅拌形成均匀溶液。接着将溶液分10～15次滴加到100mg的花状碳球中，滴加至样品变为润湿状态，每次将样品在80℃下干燥20分钟。该过程重复10～15次，到固体质量为200mg。
[0071] (5)将上述固体样品在80℃的丙酸蒸气下处理15小时，然后在280℃的氮气氛下热处理2小时，然后可以获得Fe3O4/HMCNF复合纳米微球。
[0072] (6)将上述的Fe3O4/HMCNF复合纳米微球在0.288mol·L-1TEOS溶液中搅拌6小时，最后得到SiO2为5wt％的Fe3O4/HMCNF-SiO2复合纳米微球(如图3b)。测试结果表明，样品S4的比表面积为271.6m2·g-1，磁性为7.9emu·g-1，微波效率为123s，24h时药物的负载率为66.7％，微波刺激下12h时药物的释放率为40.3％，其相关性能参数详见表一样品S4。
[0073] 表一.实施例Fe3O4/HMCNF-SiO2复合纳米微球的性能参数表
[0074]
[0075] 以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的
专利范围，凡是利用本发明
说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其它相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。
