PVP调控制备单分散性的二氧化硅纳米粒子

杨薇，朱圆芳

（安徽化工学校化学工艺教研室，安徽 安庆 246000）

二氧化硅纳米粒子（SiO2NPs）具有优异的单分散性和良好的生物相容性，常被设计用于作为纳米载体运输药物对肿瘤进行治疗[1]。此外，二氧化硅可以屏蔽磁性粒子之间的偶极相互作用，阻止粒子团聚，其表面具备亲水性，能被多种硅烷偶联剂改性，从而获得具有不同表面官能团的纳米粒子，因此非常适合作为制备核壳式纳米粒子的壳层材料[2]。Chen[3]课题组在2015年制备了一种用聚乙烯亚胺（PEI）包裹的介孔SiO2NPs连接对癌细胞具有靶向性整合素α ν β3（RGD），成功地向肿瘤部位靶向运输抗癌药物阿霉素（Dox）。2016年，Yu等[4]利用可穿透细胞的聚二硫醚包裹的介孔SiO2NPs，开发了一种可被细胞快速内吞的纳米平台，向肿瘤细胞中运输抑制因子和抗癌药物，实现了联合治疗作用。

SiO2NPs独特的孔道结构和Si-O键的亲水性，能够有效地通过物理或氢键的方式吸附抗癌药物并使其在正常生理环境（pH=7.4）中保持稳定，成功地防止了药物突释现象的发生[5]。此外，由于肿瘤部位常常呈现弱酸性环境（pH=6.5），当载药后的SiO2NPs达到肿瘤部位后，在H+质子化的作用下，药物会逐渐释放出来。当SiO2NPs被肿瘤细胞吞噬后，溶酶体的酸性环境（pH=5.5）通常更能加速这种药物的释放作用，从而使得载药后的SiO2NPs能够准确地在肿瘤细胞中释放出大量的抗癌药物，进而杀死癌细胞，实现精准的癌症治疗。

1 实验部分

1.1 实验原料

氨水（NH3·H2O，32 wt%）、聚乙烯吡咯烷酮（PVP）、正硅酸乙酯（TEOS）、磷酸盐缓冲液（PBS）、盐酸（36.0 wt%～38.0 wt.%）均购自国药集团（中国）。所有试剂均为分析纯并收到即用。实验用超纯水的电阻率18.0 MΩ·cm。

1.2 实验仪器

恒温磁力搅拌器、超声波清洗器、电热恒温鼓风干燥箱、真空冷冻干燥机、电子天平、高速离心机、紫外可见分光光度计等。

1.3 样品表征

用扫描电子显微镜（SEM）和透射电子显微镜（TEM）分别对样品的形貌进行测试和表征；用傅立叶变换红外光谱（FTIR）仪对样品的组成成分进行分析；用热重分析（TGA）仪对材料中各组分的含量进行分析。

1.4 SiO2 NPs的制备

根据此前报道的文献方法加以改良来制备所需的SiO2NPs[6]。将乙醇和水按40∶10（V∶V）的比例制备成混合溶液，此后向其中加入2 mL的氨水。为了调控所制备的SiO2NPs粒径，分别向上述混合溶液中加入0.5 g、1.0 g和1.5 g的表面活性剂PVP。超声分散30 min至PVP完全溶解后，剧烈搅拌30 min，再向混合液中加入1 mL的TEOS。持续搅拌反应24 h后，所得乳白色悬浮液用8000 r·min-1离心10 min，沉淀物分别用水和乙醇各洗涤3次后，于60℃干燥箱中烘干12 h后备用。

2 结果与讨论

2.1 产物的形貌与结构

图1 （a）（b）和（c）分别为PVP 加入量 0.5 g、1.0 g和1.5 g 时所制备的SiO2 NPs的SEM图；（d）加入1.5g PVP所制备的SiO2 NPs的TEM图。

为了探究表面活性剂PVP在SiO2NPs形成过程中的影响，我们分别制备了不同PVP加入量（0.5 g、1.0 g和1.5 g）的SiO2NPs（如图1所示）。从图1可知，随着PVP加入量的升高，所制备的SiO2NPs的粒径随之减小，分别约为 600 nm（图 1a）、400 nm（图 1b）和 150 nm（图1c）。这是因为PVP的两亲性作用在混合溶液中形成了油包水型（W/O）微胶束，水解后的SiO2碎片具有亲水性的表面，易进入微胶束的含水内核，进而生长出SiO2NPs。这种单分散粒径150 nm的SiO2NPs非常适合于作为药物载体应用于抗肿瘤治疗，因此我们以PVP加入量为1.5 g时作为最佳反应条件。图1d为最佳反应条件下制备的SiO2NPs的TEM图，其粒径与SiO2NPs的SEM基本一致，并且图中SiO2NPs颜色均匀，无明显的空心结构，可判定其是实心结构的纳米粒子。

2.2 产物的红外光谱和TGA曲线

为进一步了解产物的组成成分，我们对所制备的SiO2NPs进行傅立叶变换红外光谱分析（图2a）。在3420 cm-1和3150 cm-1出现的特征峰对应着-OH的伸缩振动峰，应是材料表面吸附了空气中的水分引起的。在2980、1650以及1400 cm-1分别出现了C-H的伸缩振动峰、C=O的伸缩振动峰和C-H的弯曲振动峰，表明材料中有PVP存在[7]。在950和1050 cm-1处分别出现了属于Si-OH的伸缩振动峰和Si-O的伸缩振动峰，说明材料中存在有SiO2[8]。上述结果充分证明所制备的SiO2NPs是由SiO2和PVP复合形成的纳米材料。为了明确产物中各组分的含量，我们还对样品进行了热重分析。如图2b所示，在温度40℃～100℃之间，产物重量减少了约4%，这是样品中吸附的水分引起的；在100℃～300℃范围内，产物重量减少了约6.5%，这是制备过程中所产生的小分子有机物挥发导致的；而在300℃～600℃，产物重量急剧下降，减少了约12.9 wt%，这是SiO2NPs结构中的PVP被空气氧化成CO2造成的。这一结论表明，在制备过程中PVP不仅充当了表面活性剂和分散剂，还作为SiO2NPs的结构剂存在。

图2 （a）SiO2 NPs的傅立叶变换红外光谱图（b）SiO2 NPs的热重分析曲线

3 结论

综上所述，我们成功地制备了一种粒径约150 nm左右适用于药物载运的SiO2NPs。这种SiO2NPs的粒径可以通过简便的PVP加入量进行调控，并且所获得SiO2NPs具有良好的单分散性，非常适合于生物医学应用。

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[3]Liu Z,Chen W,Li Y,et al.Integrin αvβ3-targeted C-dot Nanocomposites as Multifunctional Agents for cell Targeting and Photoacoustic Imaging of Superficial Malignant Tumors[J].Analytical chemistry,2016,88(23):11955-11962.

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