Fe3 O4＠C纳米材料制备及其药物缓释性能

徐文惠，陈志明，吴之传

（安徽工程大学 生物与化学工程学院，安徽 芜湖 241000）

药物缓释是指将小分子药物与高分子载体以物理或化学方法结合，在体内通过扩散、渗透等控制方式，将小分子药物以适当的质量浓度持续地释放出来，从而达到充分发挥药物功效的目的[1].目前，药物缓释载体负载药物的常用方法包括：喷雾干燥法、乳化溶剂挥发法、自乳化溶剂扩散法、相分离法、溶液吸附法、直接填充法和化学结合等[2].药物载体是药物缓释体系的重要组成部分，也是影响药效的主要因素.由于药物释放系统所用的天然药物载体材料不能完全适合应用要求，近年来，合成的生物降解聚合物材料愈来愈受重视[3].磁性纳米材料是一种具有独特结构的纳米材料，用其制备复合材料的报道已有很多[4-6].相对于其他高分子聚合物药物释放系统，磁性纳米材料在靶向药物释放方面具有很多独特的优点，主要表现在：①通过磁共振成像能清楚显示药物释放途径；②通过外加磁场能引导载药微球到达指定的地方；③通过外加交变场，磁性微球可用于肿瘤热疗和触发药物释放.药物通常通过共价键与磁性微球结合；即使是疏水药物也能结合到微球表面并进入其包被层内，从而控制药物释放[7-10].

本文以乙酰丙酮铁、蔗糖和碳酸钠为原料制备出磁性Fe3O4＠C纳米材料，初步探索了该反应的最佳条件，并将最佳条件下得到的磁性Fe3O4＠C纳米材料作为药物载体，对该载体的药物吸附和缓释性能进行了研究.

1 实验部分

1.1 主要试剂及仪器

主要试剂：乙酰丙酮铁；蔗糖；PEG-200；无水碳酸钠；二次蒸馏水；氯霉素；卡那霉素；蛋白胨；酵母粉；氯化钠；琼脂.主要仪器：电热恒温鼓风干燥箱DHG-9036A（上海精宏实验设备有限公司）；X射线衍射仪Bruker D8（德国Bruker公司）；UV-5500（上海元析仪器有限公司）

1.2 Fe3 O4＠C纳米材料的制备

称取2 mmol乙酰丙酮铁、14.8 mmol Na2CO3以及2 mmol蔗糖放入玻璃内衬中，分别加入1.0 m L～5.0 m L H2O以及一定量的PEG-200，超声震荡5 min，搅拌至溶液混合均匀，置于反应釜中，于270℃中反应24 h.冷却后将产物用H2O及丙酮洗净，烘干，研磨.

1.3 Fe3 O4＠C纳米材料的药物吸附性能研究

称取0.020 g氯霉素，配置50 m L氯霉素磷酸盐PBS缓冲溶液，调节溶液p H＝7.1，称取0.100 g Fe3O4＠C材料置于该缓冲溶液中，搅拌，用磁铁将材料吸附于烧杯底部，待溶液澄清，抽取上层清液于石英比色皿中，用分光光度计于波长为361 nm处测量吸光度，每隔20 min重复一次上述操作.用差减法计算氯霉素装载量，绘制时间-装载量曲线（见图3）.以此为例，配制0.200 mg／m L卡那霉素溶液，将材料置于其中至吸附饱和，然后用于Fe3O4＠C纳米材料的缓释.

1.4 Fe3 O4＠C纳米材料的药物缓释性能研究

配置固体培养基：蛋白胨10 g／L，酵母粉5 g／L，氯化钠10 g／L，琼脂25 g／L.除琼脂之外，其他成分溶解于蒸馏水中，调p H值至7.1～7.2，加入琼脂条，加热溶解，分装两个250 m L锥形瓶中，于121℃蒸汽灭菌锅中灭菌20 min，备用.

在超净工作台上，将熔化的LB培养基倾注于平皿中，同时在每个平板上放置3个灭菌后的牛津杯，待培养基完全冷却后，取出牛津杯，分别给孔编号a，b，c，每个平板上加入200μL过夜培养12 h稀释到10-3的大肠杆菌，涂布均匀.在孔a中加入150μL无菌水，孔b中加入150μL 0.200 mg／m L卡那霉素溶液，孔c加入材料质量浓度分别为0.625 mg／m L、1.25 mg／m L、2.50 mg／m L、5.00 mg／m L、10.0 mg／m L的材料悬浮液，该材料经过30 min同等质量浓度抗生素吸附处理.过夜培养24 h，观察抑菌性能.

2 结果与讨论

2.1 磁性Fe3 O4＠C纳米材料的表征

所获产物为黑色粉末状固体，不同量的H2O条件下材料的SEM图如图1所示.从图1可以看出，图1d中（4.50 m L H2O条件下）制备的产物呈圆形颗粒，颗粒较小，大小均匀，没有呈现块状沉积，孔隙疏松.因此，加入4.50 m L H2O条件下的材料效果最好.

图1 加入不同量H 2 O条件下材料的SEM图

上述加入4.50 m L H2O条件下制备的产物X射线衍射图如图2所示.由图2可知，此产物XRD的特征峰与Fe3O4标准卡（PDF＃88-0866）的衍射峰完全一致，其衍射图谱峰分别出现在2θ为30.12°、35.48°、43.12°、57.03°、62.62°位置处，对应的晶面分别是（220）、（311）、（400）、（511）、（440）.证明了该磁性纳米材料的晶体结构为尖晶石结构的Fe3O4＠C纳米材料.

2.2 磁性Fe3 O4＠C纳米材料对氯霉素的吸附性能

上述4.50 m L H2O条件下材料的药物吸附曲线如图3所示.从图3可以看出，药物质量浓度随着时间的增加逐渐减小，反之，材料的药物吸附量随着时间的增加逐渐增多.从曲线斜率可以见得，在药物吸附初期（前10 min）存在明显的突吸现象，当吸附达到70 min左右时，药物质量浓度由原来的0.400 mg／m L降为0.382 mg／m L，饱和吸附量为9.0 mg／g，随着时间越长，吸附速率逐渐减缓，吸附逐渐达到饱和.由此可以见得，大小均匀的Fe3O4＠C材料结构对于药物有物理吸附的作用，药物在质量浓度差的作用下进入Fe3O4＠C材料的表面和孔隙中；并且，氯霉素分子进入材料孔隙中可形成静电吸引力，使药物载入其中.

2.3 磁性Fe3 O4＠C纳米材料对卡那霉素的缓释性能

取上述4.50 m L H2O条件下制得材料，制备出质量浓度为5.00 mg／m L悬浮液.单一抗生素和材料吸附抗生素的抑菌性能如图4所示，其抑菌圈半径如表1所示.从图4可以看出，b和c图中出现明显的抑菌圈，并且，从表1中可以看出，吸附过同等质量浓度抗生素材料的抑菌圈半径大于同等质量浓度纯抗生素的抑菌圈的大小，而且抑菌圈尺寸随着材料质量浓度的增大而增大.可以见得，由于纳米尺寸效应，卡那霉素在质量浓度差的作用下，逐渐向材料表面扩散，最后被缓慢释放到外部溶液中，用于抑制大肠杆菌.又由于药物与Fe3O4＠C材料的物理与化学吸附作用，对释放过程有一定的阻挡作用，因而释放后期阶段药物释放稳定而缓慢，使吸附过抗生素的材料具有药物缓慢释放作用，在各个阶段都能释放药物成功抑制大肠杆菌，从而使其抑菌性能优于单一的抗生素.

表1 单一抗生素和材料吸附抗生素抑菌圈半径大小

图2 磁性Fe3 O4＠C纳米材料的XRD图

图3 最佳条件下所制备材料对氯霉素的吸附曲线

图4 单一抗生素和材料吸附抗生素的抑菌性能

3 结论

采用溶剂热法合成了磁性纳米粒子Fe3O4＠C，用扫描电镜（SEM）和X射线衍射仪（XRD）对所制备的材料形貌和结构进行了表征.结果表明，当H2O的量为4.50 m L时材料形貌达到较佳，颗粒大小均匀.又通过对此材料进行的药物吸附和抑菌实验发现，Fe3O4＠C磁性纳米材料具有良好的药物吸附和缓释性能，药物吸附量达到9.0 mg／g.可以见得，此条件下制备出的Fe3O4＠C磁性纳米材料在药物缓释方向具有很大的应用前景.

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