一种PH刺激响应型智能纳米容器及其制备方法.pdf

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1、(10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 201410767656.6 (22)申请日 2014.12.12 A61K 47/04(2006.01) A61K 31/7068(2006.01) C09D 5/08(2006.01) (71)申请人 南京理工大学 地址 210094 江苏省南京市孝陵卫 200 号 (72)发明人 傅佳骏 刘影 刘梦阳 王明东 孙广平 (74)专利代理机构 南京理工大学专利中心 32203 代理人 邹伟红 朱显国 (54) 发明名称 一种 PH- 刺激响应型智能纳米容器及其制备 方法 (57) 摘要 本发明公开了一种 PH- 刺激响应型智能纳米 容器。

2、及其制备方法。本发明制备的 PH- 刺激响应 型纳米容器与其他刺激响应相比， 具有操作简单， 灵敏度高， 应用广泛等优点， 该纳米容器可应用在 生物领域， 在中空介孔二氧化硅球体中吸附吉西 他滨等药物分子， 并携带至特定病变细胞释放， 减 少药物对健康细胞的毒性 ； 该纳米容器还可用于 防腐涂层领域， 在中空介孔球体的空腔中吸附缓 蚀剂分子， 掺杂到涂层中， 当外界环境的 PH 变换 对涂层产生腐蚀时， 内部缓蚀剂分子会自动释放， 对已被破坏的涂层进行自修复作用， 从而大大降 低了钢铁等金属的腐蚀， 减少了不必要的浪费。 (51)Int.Cl. (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发。

3、明专利申请 权利要求书2页 说明书6页 CN 105727299 A 2016.07.06 CN 105727299 A 1/2 页 2 1.一种 PH- 刺激响应型智能纳米容器， 其特征在于， 具有如下分子结构 ： 其中， A 表示中空球体， 即为中空介孔二氧化硅纳米微球， B 表示吸附分子， 即为缓蚀剂 分子苯并三氮唑或药物分子吉西他滨。 2.如权利要求1所述的PH-刺激响应型智能纳米容器的制备方法， 其特征在于， 通过下 述反应步骤获得， 步骤 1 ： 合成中空介孔二氧化硅微球 ； 步骤 2 ： 步骤 1 获得的产物经真空干燥后与含卤素的硅烷偶联剂在干燥的甲苯中， N2 保护下， 进行脱。

4、醇反应， 其中， 中空介孔二氧化硅纳米颗粒与硅烷偶联剂的质量比为 1:1-1:2 ； 步骤 3 ： 步骤 2 获得的产物经真空干燥后与过量的 1,6- 己二胺在干燥的甲苯中， N2 保 护下， 进行消去反应脱 HCl ； 步骤 4 ： 步骤 3 获得的产物经真空干燥后与二羧酸二茂铁在 N， N - 二环己基碳二亚胺 和 4- 二甲基氨基吡啶存在下， 以 DMF 为溶剂， 在 N2 保护中与二羧酸二茂铁进行脱水反应 ； 步骤 5 ： 步骤 4 获得的产物经真空干燥后分散在含有吸附分子的 PH 7 的 NaH2PO4-Na2HPO4缓冲溶液 ； 步骤 6 ： 步骤 5 获得的产物分散在含有吸附分子。

5、和葫芦脲 (CBn) 的 PH 7 的 NaH2PO4-Na2HPO4缓冲溶液中反应得到目标产物。 3.如权利要求2所述的PH-刺激响应型智能纳米容器的制备方法， 其特征在于， 反应步 骤 2 中， 所述的含卤素的硅烷偶联剂为 3- 氯丙基三乙氧基硅烷或 3- 氯丙基三甲氧基硅烷。 4.如权利要求2所述的PH-刺激响应型智能纳米容器的制备方法， 其特征在于， 反应步 骤 2， 3 和 4 中， 反应前先进行脱水脱气处理， 维持反应体系与外界环境相隔绝。 5.如权利要求2所述的PH-刺激响应型智能纳米容器的制备方法， 其特征在于， 反应步 骤 4 中， N， N - 二环己基碳二亚胺和 4- 二。

6、甲基氨基吡啶的摩尔比为 1:1 ； 中空介孔二氧化 硅纳米颗粒与二羧酸二茂铁的质量比为 7.4:1 ； 二羧酸二茂铁在 N， N - 二环己基碳二亚胺 的质量比为 1.35:1。 6.如权利要求2所述的PH-刺激响应型智能纳米容器的制备方法， 其特征在于， 反应步 权 利 要 求 书 CN 105727299 A 2 2/2 页 3 骤 5 中， 所述的吸附分子为缓蚀剂分子苯并三氮唑或药物分子吉西他滨， 吸附分子在缓冲 溶液中的浓度为 10mg/ml。 7.如权利要求2所述的PH-刺激响应型智能纳米容器的制备方法， 其特征在于， 反应步 骤 6 中， 所述的葫芦脲为 CB6 或 CB7， 吸附。

7、分子在缓冲溶液中的浓度为 4mg/ml， 葫芦脲 在缓冲溶液中的浓度为 10mg/ml。 权 利 要 求 书 CN 105727299 A 3 1/6 页 4 一种 PH- 刺激响应型智能纳米容器及其制备方法 技术领域 0001 本发明属于材料科学领域， 尤其是一种 PH- 刺激响应型智能纳米容器的制备方 法。 背景技术 0002 涂层领域中， 防腐涂层能够减少或阻止金属表面与其周围环境微小变化引起的化 学反应， 阻碍金属的腐蚀， 大多数有效的防腐涂层是有机物质， 这种有机物质包含氧、 氮、 硫、 磷和芳香族化合物， 这些物质能够促进金属表面的吸附和成膜。 但是包含这些有机物质 的防腐涂层存在。

8、许多缺点， 例如 ： 包含硫、 磷、 芳香族化合物等有机物质， 含有一定的毒性 ； 长期使用对人体产生毒害作用， 不利于人体健康与环境保护。 并且， 这种防腐涂层不能适应 外界环境的变化， 也不能选择性的防腐。 0003 医学领域中， 药物用于治疗病变细胞， 使其恢复正常或降低其病变速率。然而， 在 药物对病变细胞治疗的同时， 由于其不能选择性的或着靶向定点治疗也会对健康细胞产生 毒性， 这将可能导致健康部位的病变， 为了减少这种病变， 只能控制药物的摄入量等方式， 这样就不利于药物对病变部位的治疗， 导致治疗过程缓慢， 病人痛苦增加等缺点。 0004 针对以上存在的问题， 越来越多的研究者开。

9、始研发可控性释放的智能容器， 用于 承装吸附分子， 使其在特定环境中释放到所需环境， 维持环境的稳定， 减少这种分子对正常 环境的毒害。 0005 但是， 在原有的组装系统中， 其组装的超分子阀门不溶于水， 这样只能将其掺杂到 含有有机溶剂的环境中才能发挥其响应作用， 有机溶剂大多对生物体和环境有害， 这就限 制了其应用 ； 在原有的组装系统中， 有的超分子阀门具有生物体毒性， 不能应用到生物体 内， 这样就限制了智能容器在生物医学领域的应用 ； 所报道的在可控性释放的智能容器能 够对外部刺激作出响应， 这种外部刺激包括 ： 光致辐照， 酶活性， 特异性结合， 氧化还原反应 和 PH。前几种刺。

10、激响应方式的响应时间长， 响应过程繁琐， 适用范围狭窄， 灵敏度等缺点。 发明内容 0006 本发明的目的在于提供一种 PH- 刺激响应型智能纳米容器的制备方法， 主要是对 中空介孔二氧化硅微球进行表面修饰， 以使其具有 PH 刺激响应性能。 0007 实现上述目的所采取的技术方案是 ： 0008 一种 PH- 刺激响应型智能纳米容器， 具有如下分子结构 ： 0009 说 明 书 CN 105727299 A 4 2/6 页 5 0010 其中， A 表示中空球体， 即为中空介孔二氧化硅纳米微球， B 表示吸附分子， 即为缓 蚀剂分子苯并三氮唑 (BTA) 或药物分子吉西他滨 (Gem)。 0。

11、011 一种 PH- 刺激响应型智能纳米容器的制备方法， 通过下述反应步骤获得， 0012 步骤 1 ： 合成中空介孔二氧化硅微球 ； 0013 步骤 2 ： 步骤 1 获得的产物经真空干燥后与含卤素的硅烷偶联剂在干燥的甲苯 中， N2 保护下， 进行脱醇反应， 其中， 中空介孔二氧化硅纳米颗粒与硅烷偶联剂的质量比为 1:1-1:2 ； 0014 步骤 3 ： 步骤 2 获得的产物经真空干燥后与过量的 1,6- 己二胺在干燥的甲苯中， N2 保护下， 进行消去反应脱 HCl ； 0015 步骤 4 ： 步骤 3 获得的产物经真空干燥后与二羧酸二茂铁在 N， N - 二环己基碳二 亚胺和 4- 。

12、二甲基氨基吡啶存在下， 以 DMF 为溶剂， 在 N2 保护中与二羧酸二茂铁进行脱水反 应， 其中， N， N - 二环己基碳二亚胺和 4- 二甲基氨基吡啶的摩尔比为 1:1 ； 中空介孔二氧化 硅纳米颗粒与二羧酸二茂铁的质量比为 7.4:1 ； 二羧酸二茂铁在 N， N - 二环己基碳二亚胺 的质量比为 1.35:1 ； 0016 步骤 5 ： 步骤 4 获得的产物经真空干燥后分散在含有吸附分子的 PH 7 的 NaH2PO4-Na2HPO4缓冲溶液 ； 0017 步骤 6 ： 步骤 5 获得的产物分散在含有吸附分子和葫芦脲 (CBn) 的 PH 7 的 NaH2PO4-Na2HPO4缓冲溶。

13、液中反应得到目标产物。 0018 反应步骤 2 中， 所述的含卤素的硅烷偶联剂为 3- 氯丙基三乙氧基硅烷或 3- 氯丙 基三甲氧基硅烷。 0019 反应步骤2， 3和4中， 反应前先进行脱水脱气处理， 维持反应体系与外界环境相隔 绝。 0020 反应步骤 5 中， 所述的吸附分子为缓蚀剂分子苯并三氮唑 (BTA) 或药物分子吉西 他滨 (Gem)， 吸附分子在缓冲溶液中的浓度为 10mg/ml。 0021 反应步骤 6， 所述的葫芦脲为 CB6 或 CB7， 吸附分子在缓冲溶液中的浓度为 4mg/ml， 葫芦脲在缓冲溶液中的浓度为 10mg/ml。 0022 本发明制备的 PH- 刺激响应型。

14、纳米容器与其他刺激响应相比， 具有操作简单， 灵 说 明 书 CN 105727299 A 5 3/6 页 6 敏度高， 应用广泛等优点， 该纳米容器可应用在生物领域， 在中空介孔二氧化硅球体中吸附 吉西他滨等药物分子， 并携带至特定病变细胞释放， 减少药物对健康细胞的毒性 ； 该纳米容 器还可用于防腐涂层领域， 在中空介孔球体的空腔中吸附缓蚀剂分子， 掺杂到涂层中， 当外 界环境的 PH 变换对涂层产生腐蚀时， 内部缓蚀剂分子会自动释放， 对已被破坏的涂层进行 自修复作用， 从而大大降低了钢铁等金属的腐蚀， 减少了不必要的浪费。 具体实施方式 0023 本发明的原理是 ： 0024 0025。

15、 0026 如上组装结构 M 所示， 在 PH 7 时， 大环分子阀门葫芦脲 CBn 与 1,6- 己二胺络 合， 此时， 中空介孔二氧化硅纳米颗粒的介孔被大环分子堵塞 ； 0027 当PH降低时， 即溶液呈酸性时， 大环分子阀门葫芦脲CBn与二羧酸二茂铁络合， 说 明 书 CN 105727299 A 6 4/6 页 7 此时， 介孔二氧化硅纳米颗粒的介孔打开， 内部的吸附分子被释放出来 ； 如组装结构 N 所 示 ； 0028 当 PH 增加时， 即溶液呈碱性时， 大环分子阀门脱离中空介孔二氧化硅改性的支 链， 孔道完全打开， 导致内部吸附分子的大量释放， 如组装结构 L 所示。 0029。

16、 实施例 1 0030 1. 中空介孔二氧化硅微球的制备 0031 将 1.0g 丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵 (AETAC) 溶解于 390ml 的去离子水中， 加入 40g 苯乙烯， 室温下机械搅拌 30min, 随后将温度升至 90， N2脱气 30min 后， 加入 2,2 - 偶 氮二异丁基脒二盐酸盐 (V-50， 10wt ,10ml)， 在 N2保护， 90反应 24h, 得到 PS 球。 0032 将0.8g十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)， 29g H2O， 12g乙醇， 1ml氨水混合成均相溶 液， 室温剧烈搅拌下， 逐滴加入10gPS(9)。 滴加完毕后， 超声振荡15min。

17、， 随后， 用注射 泵向混合液中滴加入 4.0g 原硅酸四乙酯 (TEOS)， 滴加完后， 在室温下反应 48h。反应结束 后， 离心分离， 收集固体， 乙醇清洗三次， 固体真空干燥。然后， 将得到的固体以 3 /min 的 升温速率在 550下煅烧 8h 以去除介孔剂 CTAB。将得到的 0.5g 固体样品分散在含有 4g HCl 的无水乙醇中， 50下反应 5h， 反应后离心分离， 固体分散在 50ml 的四氢呋喃 (THF) 中 反应过夜， 最后离心分离得到固体， 用甲醇清洗数次， 50真空干燥得到中空介孔二氧化硅 微球 (HMSs)。 0033 2. 中空介孔二氧化硅微球的表面修饰 0。

18、034 200mg HMSs 加入到 15ml 无水甲苯中， 超声分散， 磁力搅拌， N2保护下升温至回流。 随后滴加 200ulCPTES， 反应过夜， 反应结束后， 离心分离， 分别用甲苯， 甲醇清洗， 60真空 干燥得到 CPHMSs。 0035 将 100mg CPHMSs 分散在 15ml 无水甲苯溶液中， 超声振荡， 磁力搅拌， N2保护下回 流， 随后加入过量的 HDA， 上述溶液在 N2保护下， 磁力搅拌下回流反应过夜。反应结束后， 离 心分离， 甲醇清洗， 60下真空干燥得 HDAHMSs。 0036 将 27mg 的 FcCOOH 溶于无水 DMF 中， 然后将 100mg。

19、HDAHMSs 分散在上述溶液中， 随 后滴加 20mgDCC 和 20mgDMAP， 将上述混合物在 N2保护下搅拌 24h， 反应结束后， 离心分离， 固体用水和乙醇清洗， 真空干燥的 FcHMSs。 0037 将 50mg 的 FcHMSs 固体加入到 Gem(10mg/ml,5ml) 溶液中， 超声使其最大程度分 散。将上述悬浮液在真空下搅拌 24h， 得到 Gem- 负载的 FcHMSs， 离心， 真空干燥。 0038 将 50mg CB7 溶液在 5ml 含有 NaCl(0.1,wt ) 和 Gem(2mg/ml) 的 PBS 7 的缓 冲溶液中， 将上步得到的固体50mg分散在上。

20、述溶液， 将混合物室温下搅拌3天， 得到的固体 用PBS7的缓冲溶液和甲醇清洗， 真空干燥得到最后产品Gem负载， CB7加盖的FcHMSs。 0039 3.Gem 的可控性释放 0040 为了研究在中性和酸性下中空介孔二氧化硅纳米容器的释放效果， 本专利进行了 如下实验 ： 通过紫外光谱在 267nm 处检测纳米容器的释放曲线 ： 准确称取 1mg 的 Gem 负载， CB7 加盖的 FcHMSs 固体置于透析膜中， 再将带有产物的透析膜放在顶部密封的比色皿 中， 这样可阻止固体分散在溶液中。准确量取 4ml PBS 7 的缓冲溶液加入上述比色皿中， 保证透析膜中的固体能够被溶液完全浸湿。通。

21、过加入 HCl 或 NaOH 调节溶液的 PH 值， 来实 现纳米容器中 Gem 分子的释放， 最后得到 Gem 浓度与时间的关系曲线。 说 明 书 CN 105727299 A 7 5/6 页 8 实施例 2 0041 1. 中空介孔二氧化硅微球的制备 0042 将 0.1g 赤铁矿颗粒分散在包含 200ml 异丙醇， 40ml 去离子水， 6ml 氨水的混合溶 液中， 机械搅拌 30min， 随后逐滴加入 143ul 的 ( 原硅酸四乙酯 )TEOS 和 57ul 的 ( 十八烷基 三甲氧基硅烷 )C18TMS， 滴加大概需要 1h， 将上述混合物连续搅拌 8h。得到的固体离心分 离， 乙。

22、醇清洗数次， 在 550下煅烧 6h。将上述所得固体分散在在 HCl 水溶液中， 80下反 应 20h， 除去模板 Fe2O3。最后得到的 HMSs 固体被清洗， 干燥。 0043 2. 中空介孔二氧化硅微球的表面修饰 0044 200mg HMSs 分散在 15ml 无水甲苯中， 超声振荡， 使其最大程度分散。磁力搅拌， N2 排气 1h， 随后滴加 400ul 3- 氯丙基三甲氧基硅烷 (CPTAS)， 反应液在磁力搅拌， N2保护下， 回流反应过夜。得到固体 CPHMSs 离心分离， 分别用甲苯， 甲醇清洗， 真空干燥过夜。 0045 称取 100mg CPHMSs 分散在无水甲苯中， 。

23、超声振荡， 磁力搅拌下， N2排气 1h， 随后滴 加 200ul HDA， 反应液 N2保护下， 回流反应过夜。得到的固体 HDAHMSs 离心分离， 分别用甲 苯， 甲醇清洗， 真空干燥过夜。 0046 将 27mg 的 FcCOOH 溶于无水 DMF 中， 然后将 100mg HDAHMSs 分散在上述溶液中， 随 后滴加20mg DCC和20mg DMAP， 将上述混合物在N2保护下搅拌24h， 反应结束后， 离心分离， 固体用水和乙醇清洗， 真空干燥的 FcHMSs。 0047 将 50mg 的 FcHMSs 固体加入到 BTA(10mg/ml,5ml) 溶液中， 超声使其最大程度分。

24、 散。将上述悬浮液在室温下搅拌 3d， 得到 BTA- 负载的 FcHMSs， 离心， 真空干燥。 0048 将 50mg CB6 溶液在 5ml 含有 NaCl(0.1,wt ) 和 BTA(2mg/ml) 的 PBS 7 的缓 冲溶液中， 将上步得到的固体50mg分散在上述溶液， 将混合物室温下搅拌2天， 得到的固体 用PBS7的缓冲溶液和甲醇清洗， 真空干燥得到最后产品BTA负载， CB6加盖的FcHMSs。 0049 4.BTA 的可控性释放 0050 为了研究在中性和酸性下中空介孔二氧化硅纳米容器的释放效果， 本专利进行了 如下实验 ： 通过紫外光谱在 256nm 处检测纳米容器的释。

25、放曲线 ： 准确称取 1mg 的 BTA 负载， CB6 加盖的 FcHMSs 固体置于透析膜中， 再将带有产物的透析膜放在顶部密封的比色皿 中， 这样可阻止固体分散在溶液中。准确量取 4ml PBS 7 的缓冲溶液加入上述比色皿中， 保证透析膜中的固体能够被溶液完全浸湿。通过加入 HCl 或 NaOH 调节溶液的 PH 值， 来实 现纳米容器中 BTA 分子的释放， 最后得到 BTA 浓度与时间的关系曲线。 0051 表 1 不同 PH 下纳米容器的释放效果 0052 0053 表 1， 表示组装后的智能纳米容器在不同 PH 环境下的释放效果， 因为在酸性时， NH2+(CH2)6- 基团与。

26、 FcCOOH 相络合， 导致大分子阀门向二羧酸二茂铁方向移动， 如组装结 说 明 书 CN 105727299 A 8 6/6 页 9 构 N 所示， 这样导致纳米容器中吸附的分子释放出来， 通过紫外光谱检测， 酸性越强， 移动 越靠近二羧酸二茂铁， 释放分子越多， 百分数越高。 0054 中性时， 大分子处于 1,6- 己二胺处， 介孔被大分子阀门堵住， 导致吸附分子无法 释放， 所以检测出的百分数接近于 0， 如组装结构 M 所示。 0055 碱性时， 大分子阀门脱落， 导致内部吸附分子接近于完全释放， 所以释放百分数高 于 90， 如组装结构 L 所示。 说 明 书 CN 105727299 A 9 。