两种介孔硅材料对布洛芬控制释放的研究

李玉慧，袁亚莉，徐文慧，李乐，张宗波，周智慧

(南华大学 化学化工学院，湖南 衡阳 421001)

介孔二氧化硅材料从发现至今，已经发展成为一个热门且独立的研究领域［1］。它凭借着成熟的合成技术以及独特的自身结构特点被广泛应用于工业催化、生物医药、纳米材料及环境保护等方面［2］。其中MCM-41 材料具有天然无毒，结构稳定，孔道分布均匀，比表面积较大，其内表面含有丰富的硅羟基，易于修饰等特点，可通过物理或化学方法在介孔内引入客体微粒分子，通过适当的方法对介孔封口［3-8］。然后选择不同的应激条件，使介孔材料中的物质实现控制释放［9］。MCM-41 材料因此而广泛应用于药物的控制释放［5-9］。

除了孔径的大小、比表面积及孔容等是影响客体吸附量的主要因素外［3］，为了使介孔材料MCM-41 更好的与客体作用，一般可在介孔表面引入其它官能团，形成功能化的介孔硅材料［10］。本文制备了未经修饰改性和经环氧基功能化的两种MCM-41 材料，利用这两种材料对布洛芬进行装载，设计了两种基于介孔硅材料的布洛芬吸附释放系统，对两种系统的布洛芬装载量、释放效果及其它性能进行了比较研究。结果表明，经环氧基功能化的MCM-41 材料对布洛芬有较大的负载率，并具有良好地缓释效果［11-12］。

1 实验部分

1.1 材料与仪器

二次水;正己烷、甲苯、十六烷基三甲基溴化铵(CATB)、原硅酸乙酯(TEOS)、γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷(KH560)、无水甲醇、氢氧化钠、浓盐酸、无水氯化钙、布洛芬(98.5%)均为分析纯。

Shimadu IR Prestige-21 红外光谱仪;XL 型扫描电镜;D8-Advance X-ray;NOVA2200e 多点氮吸附仪;UV-8500 紫外/可见分光光度计。

1.2 实验方法

1.2.1 MCM-41 的制备 取0.5 g 十六烷基三甲基溴化铵(CATB)溶解在240 mL 二次蒸馏水中。在80 ℃下恒温水浴，充分搅拌后，加入1.75 mL 浓度为2 mol/L 的NaOH 溶液和2.5 mL 的1，3，5-三甲苯。反应2 h 后加入2.5 mL 的原硅酸乙酯。接着反应2 h 后抽滤，得到样品，真空干燥12 h。采用酸洗法除去模板，取1.0 g 第一步样品，溶解在80 mL甲醇中，温度达到60 ℃后，加入0.75 mL 浓盐酸，反应2 h 后抽滤，真空干燥12 h，得到白色的MCM-41样品。

1.2.2 环氧基功能化MCM-41 材料的制备 取1.0 g 上述制备的MCM-41 样品均匀分散在无水甲苯(80 mL)溶液中，在氮气氛围中加入γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷(1.0 mmol)回流。充分反应后，抽滤，得到的固体在室温下真空干燥过夜，制备出环氧基功能化的MCM-41 材料。

1.2.3 布洛芬(IBU)的装载 取0.3 g 已经制备好的介孔硅材料，溶解在20 mL 浓度为0.14 mol/L 的布洛芬正己烷溶液中。搅拌均匀，使其充分反应。每隔一段时间取上层清液用紫外分光光度法，于263 nm 波长测得的吸光度不再发生变化为止。说明达到布洛芬的最大装载量。将悬浊液溶液离心的固体用正己烷洗几遍后室温下干燥，得到布洛芬装载的介孔硅材料。

1.2.4 布洛芬(IBU)的释放 配制pH 为7.4 的磷酸盐溶液。取0.02 g 装载布洛芬的介孔硅材料，溶解在10 mL 的磷酸盐溶液中，室温下振荡使之混合均匀。每隔1 h 取出两个样品，离心，取上层清液，用紫外分光光度法，于263 nm 波长测吸光度，测完后将液体倒回到原液中。记录数值，直到数值基本不变。

2 结果与讨论

2.1 MCM-41 与MCM-41-环氧基材料的红外表征

用红外光谱仪测样品MCM-41 与MCM-41-环氧基，结果见图1。

由图1 可知，改性前后的SiO2在1 100 cm－1附近均有一个Si─O─Si 的最大吸收峰。3 350 cm－1附近比较宽的峰为内表面或者水中─OH 基团的反对称伸缩振动。800 cm－1附近是Si─O─Si 的对称伸缩振动，而460 cm－1附近是Si─O─Si 的弯曲振动。但样品经过KH-560 改性后，在910 cm－1附近出现了环氧基的特征峰，说明介孔硅材料已经成功的被环氧基改性。

图1 MCM-41(a)与MCM-41-环氧基(b)的红外表征图Fig.1 IR characterization figure of MCM-41(a)and MCM-41-epoxy(b)

2.2 扫描电镜(SEM)

将样品在乙醇溶液中超声分散后，把溶液滴到玻片上，待乙醇挥发完毕，将玻片用扫描电镜检测，见图2。介孔MCM-41 呈微球状，且形状规则，大小均匀。符合传统的介孔硅材料的形貌特点。

图2 样品的SEM 图Fig.2 Sample SEM figure

2.3 XRD

用Cu Kα 衍射法对两种介孔材料进行检测，结果见图3。

图3 MCM-41(a)与MCM-41-环氧基(b)的XRD 图Fig.3 XRD figure of MCM-41(a)and MCM-41-epoxy(b)

由图3 可知，MCM-41 与环氧基修饰的MCM-41均保持了典型的二维六方排列结构。改性前后均有4 个衍射特征峰，说明在被环氧基修饰后，内部孔道依然保持了高度有序的对称结构。

2.4 氮气吸附脱附

介孔硅材料的表面分析通过氮气吸附脱附(多点氮吸附仪)进行表征。BET 与BJT 模型计算出比表面积和孔径列于表1。

表1 MCM-41 与MCM-41-环氧基孔的结构特征以及对布洛芬的负载率Table 1 Structure characteristics of MCM-41 and MCM-41-epoxy group hole and the load rate of ibuprofen

通过比表面积、孔容以及孔径大小比较可知，改性后的介孔硅材料依然保持了良好的孔道结构。由于孔径内表面嫁接了环氧基基团，使比表面积、孔容以及孔径略有降低。但是由于环氧基的加入，使布洛芬上的羧基氢键结合能力增强，材料的布洛芬负载率反而增加。

图4、图5 分别是装载了布洛芬前后的MCM-41和MCM-41-环氧基的氮气吸附脱附等温图。

图4 MCM-41 与MCM-41-IBU 的N2 吸附脱附等温图Fig.4 Isothermal photo of MCM-41 and MCM-41-IBU N2 adsorption ＆ attached

图5 MCM-41-环氧基与MCM-41-环氧基-IBU 的N2等温吸附脱附Fig.5 Isothermal photo of MCM-41-epoxy andMCM-41-epoxy-IBU N2 adsorption ＆ attached

由图可见，在负载布洛芬后，氮气的吸附量均明显降低，但是依然保持了典型的Ⅳ型的介孔曲线图。表明布洛芬分子被成功的负载到介孔材料中，但是并没有完全填满整个孔道。

2.5 pH 控制的布洛芬释放

两种材料的释放曲线见图6。

图6 MCM-41(a)与MCM-41-环氧基(b)的布洛芬控制释放图Fig.6 Ibuprofen controlling and releasing of figure of MCM-41(a)and MCM-41-epoxy(b)

由图6 可知，MCM-41 释放迅速，很快达到释放极限。而经环氧基修饰的MCM-41 一直缓慢释放，最终达到65%左右的释放量，具有较好的缓释效果。前者是因为介孔表面与布洛芬药品相互的作用力弱，在外界缓冲液的作用下，药品很快释放出来。后者由于环氧基与布洛芬上羧基的氢键作用，药物分子不容易脱离，使其缓慢释放，释放率也达不到前者。

3 结论

制备了未经修饰改性的MCM-41 和环氧基功能化的MCM-41，利用这两种材料对布洛芬进行装载，设计了两种基于介孔硅材料的布洛芬吸附-释放系统，对两种系统的性能进行比较研究。结果表明，修饰环氧基后，MCM-41 的孔道结构没有改变;因为环氧基能够与布洛芬上的羧基氢键结合，修饰环氧基后的MCM-41 能与布洛芬更有效的结合，负载更多的布洛芬。负载的布洛芬在溶液中的释放速度缓慢，释放率随时间延长而增加，可以起到较好的缓释作用。

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