SiO2＠Fe3 O4复合纳米微球的合成及其对盐酸表柔比星的载药性能

吴玲，徐箐，李娣，姜德立，陈敏

（1.南京中医药大学附属医院检验科，江苏南京210029；2.江苏大学化学化工学院，江苏镇江212013）

盐酸表柔比星属于蒽环类抗生素，是一种高效、广谱的抗肿瘤药，主要应用于乳腺癌、胃癌、肺癌、卵巢癌、膀胱癌和非霍奇金淋巴瘤的治疗，为同类药物的首选［1－4］。然而，表柔比星治疗肿瘤的最大缺点是药物选择性低，在杀死肿瘤细胞的同时，也会引起大量正常组织和细胞的死亡，产生一系列的毒副反应，大大影响了治疗效果和患者整体生存期。因此，提高表柔比星的生物利用度、降低其毒副反应在临床上显得尤为重要［5－6］。采用磁性纳米微球作为表柔比星的载体，可通过载体系统的靶向性实现选择性给药，从而有效提高药物利用度，减少治疗剂量，同时降低毒性。目前，磁性纳米载体的合成及其对表柔比星载药性能的影响，已成为表柔比星新剂型的研发热点［7－8］。

磁性纳米微球作为药物载体有制备简单、成本低廉等独特优势。但磁性纳米微球具有较高的比表面积和磁偶极相互作用，具有强烈的聚集倾向，因此，常常要对其进行表面修饰，形成磁性复合材料，以降低磁性纳米微球的表面能并通过空阻或静电斥力提高其分散性，从而达到更好的载药效果。目前，磁性纳米材料的表面修饰剂有多种，其中，SiO2以其突出的优势受到广泛关注［9－10］。本研究制备SiO2包覆Fe3O4（SiO2＠Fe3O4）复合磁性纳米微球，考察其对表柔比星的载药性能和缓释效果，旨在为靶向纳米表柔比星药物载体的开发应用提供依据。

1　材料与方法

1.1　材料

注射用盐酸表柔比星（浙江海正药业有限公司），三氯化铁（FeCl3）、乙酸钠、乙二醇、无水乙醇、聚乙烯基吡咯烷酮（PVP）、正硅酸四乙酯（tetraethyl orthosilicate，TEOS）、磷酸氢二钠、磷酸二氢钠等试剂均为分析纯，购于国药集团化学试剂有限公司，使用之前未经过二次提纯。

1.2　Fe3O4纳米微球的制备

将1.5 g FeCl3、1 g PVP和2 g乙酸钠加入 30 mL乙二醇中，搅拌3 h至完全溶解，倒入100 mL反应釜，置于200℃烘箱，反应8 h。将得到的黑色产物分别用蒸馏水和无水乙醇洗净，60℃烘干。

1.3　制备SiO2＠Fe3O4微球并测试试剂用量或比例对其形貌的影响

将0.1 g Fe3O4与一定比例的水和无水乙醇混合后，超声15min，滴加TEOS与氨水的混合溶液，持续搅拌3 h，分离产物并将其分别用蒸馏水和无水乙醇洗涤数次，烘干后得到SiO2＠Fe3O4复合纳米微球材料。

通过以下对比试验，测试TEOS用量、氨水用量以及水和无水乙醇的比例对SiO2＠Fe3O4复合材料形貌的影响。

（1）调整 TEOS的用量分别为 0.2，0.4，0.6，0.8和1.0 mL V（氨水）＝1.0 mL，V（水）：V（无水乙醇）＝1∶5，考察不同 TEOS用量对 SiO2＠Fe3O4形貌的影响。

（2）调整氨水（28%，14.8 mol／L）的用量分别为 0.5，0.75，1.0，1.25和 1.5 mL，V（TEOS）＝0.8 mL，V（水）：V（无水乙醇）＝1∶5，考察氨水用量对 SiO2＠Fe3O4纳米微球形貌的影响。

（3）调整水和无水乙醇用量的比例（体积比）分别为1∶3、1∶4、1∶5、1∶6和 1∶8，V（TEOS）＝0.8 mL，V（氨水）＝1.25 mL，考察不同比例水和无水乙醇用量对SiO2＠Fe3O4纳米微球形貌的影响。

1.4　药物吸附实验检测SiO2＠Fe3O4纳米微球对表柔比星的吸附率

配制0.05 mg／mL的表柔比星溶液，分别称取5，10，15，20，25，30，35和 40 mg的 Fe3O4＠SiO2，加入到10 mL已配好的表柔比星溶液中，磁力搅拌4 h，将反应后的溶液经离心后，用紫外可见分光光度计，在232 nm处测定离心液中表柔比星的浓度（C）。吸附率的计算公式如下：

1.5　药物缓释效果实验

将已吸附表柔比星的磁性微球放入10mL磷酸缓冲液中，测定溶液中的表柔比星浓度（C1），超声5 min后，将样品置于37℃气浴恒温振荡器，振荡速度为 100 r／min，分别于 0.5、1、1.5、2、2.5、3、3.5以及4 h各取样5 mL，并补充磷酸缓冲液到10 mL，测定溶液中表柔比星的浓度（C2）。按下列公式计算表柔比星释药率：

根据盐酸表柔比星释药率的变化评价所制得SiO2＠Fe3O4复合纳米微球的缓释效果。

1.6　材料表征方法

采用XRD-6100型X射线衍射仪（X-ray diffractometer，XRD）测试产物 SiO2＠Fe3O4的纯度和晶体结构；通过JEM-2100型透射电子显微镜（transmission electronmicroscopy，TEM）测试产物的形貌和微观结构；采用Nicolet Nexus 470型傅立叶红外光谱仪（fourier transform infrared spectroscopy，FT-IR）测试样品的特征吸收峰及表面基团的变化，扫描范围为4 000～400 cm－1；通过外加磁场的作用，考察制备的SiO2＠Fe3O4纳米微球的磁响应性；磁学性质通过振动样品磁强计进行测定。

2　结果与讨论

2.1　Fe3 O4纳米微球的形貌和粒径

TEM下，产物Fe3O4纳米微球为近球形颗粒，平均粒径约为200 nm，粒度均匀性良好，无明显团聚现象。从球体边缘细节处可见，所制备的Fe3O4为非单晶结构，由很多小颗粒团聚而成。见图1。

图1　Fe3 O4纳米微球（透射电子显微镜）

2.2　SiO2＠Fe3O4纳米微球的形貌分析

2.2.1不同TEOS用量对SiO2＠Fe3O4纳米微球形貌的影响 TEM观察结果显示，SiO2膜的厚度随着TEOS用量的增加而变厚（图2），当 V（TEOS）＝0.8 mL时，形成的膜厚度适中而均匀（约60 nm），此后增加TEOS的用量，SiO2膜出现不均的现象。见图2。以上现象的原因是SiO2膜的形成是TEOS水解与缩合的过程，保持其他条件不变，随着TEOS用量的增加，水解速率增大，其聚合度也增大，生成的SiO2膜的厚度也就增大；当TEOS用量过大时，由于水解速度过快，聚合度增加，Si-OH基团还没吸附到溶液中悬浮的Fe3O4纳米微球的表面，就发生聚合，形成了SiO2颗粒。

2.2.2不同氨水用量的SiO2＠Fe3O4纳米微球的形貌比较 如图3所示，SiO2膜的厚度随着氨水用量的增加而变厚，当 V（氨水）＝1.25 mL时，形成的膜厚度适中且均匀（约60 nm），继续增加氨水的用量，SiO2膜的厚度基本保持不变。由于碱催化条件下的TEOS水解属OH－离子直接与硅原子核反应的亲核取代反应，在其他条件不变的情况下，随着氨浓度的增大，溶液OH－浓度增大，促进了TEOS的水解。且氨水用量增加时，体系中硅酸的缩合速率也随之提高，当大于水解速率时，所生成的SiO2膜也逐渐加厚。氨水用量超过1.25 mL时，SiO2膜的厚度基本保持不变，这是由于反应体系中的TEOS已反应完全。

图2　不同TEOS用量时SiO2＠Fe3 O4纳米微球（透射电子显微镜）

图3　不同氨水用量时的SiO2＠Fe3O4纳米微球（透射电子显微镜）

2.2.3水和无水乙醇用量比例对SiO2＠Fe3O4纳米微球形貌的影响 TEM分析结果显示，SiO2膜随无水乙醇比例的增加而变厚，当 V（水）∶V（无水乙醇）＝1∶5时，形成的膜厚度适中而均匀（约60 nm）。此后加大比例，SiO2膜厚度不再出现明显变化，且出现不均现象。见图4。该反应加入无水乙醇与水作为共溶剂，随着加入的无水乙醇量的增加，TEOS在水中的溶解度也增大，促进水解生成更多的SiO2。当水和无水乙醇的比例超过1∶5时，SiO2膜的厚度不再发生明显变化，这是由于反应体系中的TEOS已完全水解。

综上所述，当 V（TEOS）＝0.8 mL，V（氨水）＝1.25 mL，V（水）∶V（无水乙醇）＝1∶5时，SiO2在 Fe3O4表面包覆均匀完整，厚度约为60 nm。

图4　不同水与无水乙醇比例时的SiO2＠Fe3 O4纳米微球（透射电子显微镜）

2.3　Fe3O4＠SiO2纳米微球的物相分析

XRD谱图显示，纳米SiO2为无定形结构，XRD特征衍射峰不明显。Fe3O4微球位于2θ值为30.2°，35.7°，43.4°，53.4°，57.3°和 62.7°处的 6个特征衍射峰分别对应于立方相 Fe3O4的（220），（311），（400），（422），（511）和（440）晶面，与 Fe3O4的标准JCPDS卡片（26－1136）一致。SiO2包覆于 Fe3O4表面形成SiO2＠Fe3O4复合材料后，Fe3O4对X射线的衍射强度降低，使得复合材料的6个特征衍射峰强度较Fe3O4稍弱。见图5。

图5 SiO2、Fe3 O4和 SiO2＠Fe3 O4的 XRD谱图

2.4　SiO2＠Fe3O4纳米微球的红外谱图分析

FT-IR谱图显示，波数为3 441.90 cm－1处出现的宽吸收峰，对应于-OH的反对称伸缩振动和对称伸缩振动；位于1 089 cm－1的强吸收峰，为Si-O-Si的振动峰；波数为814 cm－1处的峰对应于Si-O-Si键的对称伸缩振动；在584 cm－1处出现了Fe3O4的Fe-O特征吸收峰。表明成功制备SiO2＠Fe3O4复合纳米材料。见图6。

2.5　SiO2＠Fe3O4的磁学性质分析

振动样品磁强计测得的Fe3O4和SiO2＠Fe3O4磁滞回线曲线（图7）显示，室温时 Fe3O4和SiO2＠Fe3O4并无剩磁现象，矫顽力为零，表明所合成的样品具有良好的超顺磁性。

2.6　SiO2＠Fe3O4纳米微球的体外磁响应性

外加磁场后原本均匀分散在无水乙醇溶液中的SiO2＠Fe3O4纳米微球在5 s内迅速聚集在磁铁一侧，表明SiO2＠Fe3O4纳米微球具有良好的磁响应性。见图8。

图6　SiO2＠Fe3 O4纳米微球的FT-IR谱图

图7　Fe3O4和SiO2＠Fe3O4的磁滞回线曲线

图8　SiO2＠Fe3 O4纳米微球被外磁场吸引

2.7　SiO2＠Fe3O4纳米微球的药物吸附能力

药物吸附实验结果显示，在0.05 mg／mL的表柔比星溶液中，SiO2＠Fe3O4纳米微球对表柔比星的吸附量随着SiO2＠Fe3O4纳米微球用量的增加而增加；当 m（SiO2＠Fe3O4）＝25 mg时，达到最大吸附率（51.9%）；此后再增加 SiO2＠Fe3O4纳米微球用量，吸附率基本保持不变。见图9。

图9　SiO2＠Fe3O4纳米微球对表柔比星的吸附率

2.8　SiO2＠Fe3 O4纳米微球的药物缓释效果

从SiO2＠Fe3O4纳米微球对表柔比星的释放曲线（图10）可看出，30 min内表柔比星释药率即达14%，60 min后释药率达27.9%，120 min的释药率为36.2%，150 min后维持在40.5%左右。实验结果表明，SiO2＠Fe3O4的药物缓释效果较好。

图10　SiO 2＠Fe3 O4纳米微球对表柔比星的释放曲线

3 结论

本研究以水热法制备的Fe3O4作为内核，无水乙醇和水为共溶剂，28%氨水（14.8 mol／L）为催化剂，通过正硅酸四乙酯的水解与缩合，制备了SiO2＠Fe3O4复合纳米微球；研究了不同条件下，SiO2＠Fe3O4复合纳米微球的不同形貌，当 V（TEOS）＝0.8 mL，V（氨水）＝1.25 mL，V（水）∶V（无水乙醇）＝1∶5时，SiO2在Fe3O4表面包覆均匀完整，厚度约为60 nm。

在上述实验的基础上，通过考察SiO2＠Fe3O4复合纳米微球的磁学性质、其对表柔比星药物的吸附和释放实验，评估了所制备纳米微球的磁性、药物吸附性能和缓释效果。结果表明，SiO2＠Fe3O4药物吸附率达51.9%，磁响应性和缓释效果均良好，可作为表柔比星药物的靶向载体，在医学和生物学等领域都具有潜在的应用价值。

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