核-隔層-殼結(jié)構(gòu)Fe3O4@MoO3@mSiO2納米載體的合成及其藥物可控釋放

唐冠鑫 彭紅霞＊，，2 胡傳躍＊， 彭秧錫

（1湖南人文科技學(xué)院，材料與環(huán)境工程學(xué)院，精細(xì)陶瓷與粉體材料湖南省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，婁底 417000）（2中南大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院，長(zhǎng)沙 41000）

0 引 言

以Fe3O4為核的“核-殼”結(jié)構(gòu)納米載體在靶向可控給藥方面的研究領(lǐng)域已經(jīng)成為國(guó)際熱點(diǎn)問(wèn)題之一[1-2]。具有靶向可控釋放藥物特性的納米載體可以克服藥物溶解性差、穩(wěn)定性不好、代謝迅速等傳統(tǒng)用藥存在的問(wèn)題,特別是在解決藥物缺乏靶向選擇性方面取得很好的效果[3-4]。而在藥物載體的研究中提高藥物的有效裝載效率和可控釋放藥物是限制其應(yīng)用的一個(gè)瓶頸。為了提高載體的藥物負(fù)載量,研究者們通過(guò)對(duì)納米載體進(jìn)行表面修飾或者包覆介孔層來(lái)提高藥物的負(fù)載量[5-6]。介孔二氧化硅納米顆粒由于其較高的比表面積、可調(diào)節(jié)的孔徑大小、低毒性、可生物降解性等,近年來(lái)在藥物輸送方面已成為最具有潛在應(yīng)用前景的載體之一[7]。例如,Qiu等合成了二氧化硅包覆Fe3O4@ZnO的多功能納米粒子并研究了其作為生物載體的性能[8]。納米載體的可控給藥的釋放方式主要有內(nèi)源性控釋和外源性控釋。內(nèi)源性控釋體系依賴于癌癥部位特定的物理化學(xué)性質(zhì),如：高濃度的某些酶類,氧化還原環(huán)境及pH值的影響等[9]。然而,因?yàn)樯矬w內(nèi)環(huán)境變化細(xì)微且難以控制,依靠生物體內(nèi)部生理環(huán)境的細(xì)微改變來(lái)控制藥的靶向和釋放還存在很多大的挑戰(zhàn),相比之下體外刺激控制藥物的靶向和釋放研究得到了更多的關(guān)注[10]。在外源性控釋方式（如磁場(chǎng),紅外福射,超聲波福射和微波輻射等）中,由于微波對(duì)生物體的傷害程度小,在生物體內(nèi)加熱效率高,生物穿透性好,使得利用微波照射控制藥物釋放成為一種很有潛力的外部觸發(fā)控藥方式[11]。可以通過(guò)微波理療儀控制一些參數(shù)如頻率,功率密度,作用時(shí)間等在病變部位準(zhǔn)確的局部加熱,實(shí)現(xiàn)對(duì)靶向藥物的控制釋放。研究發(fā)現(xiàn),氧化鉬（MoO3）納米材料具有優(yōu)異的微波熱響應(yīng)特性,它們可以吸收一定頻率的微波將其轉(zhuǎn)化為熱能,產(chǎn)生的熱能可以加熱納米載體進(jìn)而刺激控制藥物釋放[12-13]。并且,物質(zhì)的微波吸收性能的大小與其禁帶寬度有一定的關(guān)系,禁帶寬度越小,其微波吸收性能越好。MoO3的禁帶寬度是3.15 eV,小于ZnO（3.37 eV）和TiO2（3.2 eV）的禁帶寬度。另一方面,MoO3具有很好的化學(xué)穩(wěn)定性和熱穩(wěn)定性[14]。因此,MoO3納米材料相比較于ZnO和TiO2來(lái)說(shuō)具有更好的微波熱響應(yīng)性。也就是說(shuō),MoO3可吸收微波并使之轉(zhuǎn)化為熱能[15]。所產(chǎn)生的熱量進(jìn)一步加熱納米載體從而刺激藥物的釋放。

因此,本文制備了一種具有磁性核-隔層-殼結(jié)構(gòu)的Fe3O4@MoO3@mSiO2藥物載體。該載體的介孔二氧化硅殼層為載藥層來(lái)提高藥物的負(fù)載率。把磁性Fe3O4和具有微波吸收性能的MoO3納米顆粒結(jié)合,同時(shí)賦予磁靶向性和微波可控釋放的性能。為了研究該載體的藥物可控釋放性,以布洛芬為模板藥物,并通過(guò)微波輻射響應(yīng)來(lái)研究藥物的可控釋放。該納米載體將會(huì)在生物醫(yī)療中的體內(nèi)靶向給藥和利用微波刺激進(jìn)行可控釋放藥物方面具有潛在的應(yīng)用前景。該納米載體的合成及微波控制給藥過(guò)程如圖1所示。

圖1 Fe3O4@MoO3@mSiO2納米載體的合成及微波控制給藥過(guò)程示意圖Fig.1 Schematic illustration showing the formation process of the Fe3O4@MoO3@mSiO2 nanocarriers and the subsequent drug loading and release control with microwave

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 主要試劑

實(shí)驗(yàn)藥品均為分析純,無(wú)需進(jìn)一步純化。氨水、濃硝酸、氫氧化鈉購(gòu)于衡陽(yáng)市凱信化工試劑有限公司；十六烷基三甲基溴化銨（CTAB）購(gòu)于湖南湘中化學(xué)試劑有限公司；三氯化鐵（FeCl3·6H2O,99.0%）、鉬酸 銨 （NH4）2MoO4,99.0%）、 乙 酸 （CH3COOH,99.0% ）、聚乙二醇（分子量6 000）購(gòu)于天津科密歐化學(xué)試劑有限公司；實(shí)驗(yàn)用水為去離子水。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

磁性Fe3O4納米顆粒的制備：稱取1.4 g六水氯化鐵溶于乙二醇,攪拌溶解后,繼續(xù)將無(wú)水醋酸鈉2.7 g、聚乙二醇 1.0 g（分子量 6 000）、磁力攪拌 0.5 h后轉(zhuǎn)入50 mL反應(yīng)釜密封置于恒溫箱中加熱到200℃并恒溫反應(yīng)8 h。待反應(yīng)體系溫度冷卻到室溫后,將反應(yīng)得到的黑色粉末懸液用磁鐵分離。再通過(guò)去離子水和乙醇各洗滌3次,50℃下,干燥2 h,最終得到黑色的Fe3O4納米粒子。

Fe3O4@MoO3納米顆粒的制備：稱取3.34 g的鉬酸銨固體,溶于70 mL的蒸餾水,得到無(wú)色透明的溶液,然后,加入 0.5 g Fe3O4和1 g CTAB,超聲 30 min,然后用磁力攪拌器60℃攪拌30 min,最后緩慢滴加乙酸溶液,滴加至pH為3.5。滴加完畢后,靜置一段時(shí)間,即有前驅(qū)體黃色沉淀生成,用去離子水,無(wú)水乙醇分別洗滌3次,并過(guò)濾,然后在干燥箱中150℃烘干2 h,在空氣中于500℃下煅燒2 h。

Fe3O4@MoO3@mSiO2納米載體的制備：取0.05 g Fe3O4@MoO3加入到30 mL溶有0.15 g CTAB的乙醇溶液中,攪拌20 min后,加入0.4 mL正硅酸乙酯,攪拌60 min,然后邊攪拌邊緩緩加入2 mL去離子水,繼續(xù)攪拌180 min,利用磁分離收集,所得到樣品用乙醇和去離子水分別清洗3次,在80℃下干燥。最后500℃煅燒3 h,去除模板劑而得到Fe3O4@MoO3@mSiO2。

納米載體的載藥過(guò)程：將0.1 g制備的Fe3O4@MoO3、Fe3O4@SiO2和 Fe3O4@MoO3@mSiO2納 米 載體分別分散到50 mL布洛芬（IBU）的生理鹽水（9 g·L-1）溶液中（0.3 g·L-1）,然后磁力攪拌 24 h。 在藥物負(fù)載過(guò)程中, 分別在反應(yīng) 0、30、60、120、180、240、360和480 min時(shí)取上清液,通過(guò)紫外分光光度計(jì)測(cè)量溶液中IBU的濃度（石英比色皿）。通過(guò)朗伯-比爾定律計(jì)算納米載體的載藥量。

藥物的負(fù)載率（%）=M負(fù)/M初

其中,M負(fù)是負(fù)載到納米載體表面的藥物IBU的質(zhì)量,M初是藥物負(fù)載過(guò)程中藥物IBU的初始量。

藥物釋放過(guò)程：藥物IBU的釋放實(shí)驗(yàn)是在生理鹽水中進(jìn)行,為了研究微波輻射對(duì)藥物釋放率的影響,我們固定溶液的條件為37℃和pH=7.0,所采用的微波照射頻率為2.45 GHz,具體實(shí)驗(yàn)過(guò)程是：稱取0.1 g納米顆粒,使其均勻分散在50 mL生理鹽水中,在微波頻率下輻射15 s取上清液測(cè)試,然后關(guān)掉微波發(fā)生器,持續(xù)攪拌30 min取上清液測(cè)試,然后再打開(kāi)微波發(fā)生器進(jìn)行微波輻射15 s,如此反復(fù)循環(huán)7次,每個(gè)循環(huán)中取的樣品用紫外可見(jiàn)光光譜進(jìn)行IBU濃度的測(cè)試,再進(jìn)一步計(jì)算藥物的釋放率。

1.3 樣品表征

德國(guó)Bruker D8 FOCUS多晶粉末X射線衍射 （XRD）儀進(jìn)行分析,（以 Cu Kα1為 X 射線源,λ=0.154 056 nm, 衍射角 2θ為 10°～80°, 步長(zhǎng)為 10°·min-1,掃描速率為0.1°·s-1）。采用荷蘭PEI公司的PHIIJIPS XL30 ESEMFEG環(huán)境掃描電鏡（FESEM,200 kV）和日本JEOL公司的JEM-2010型透射電鏡觀察粒子的形貌和尺寸。MCR-3微波化學(xué)反應(yīng)器觀察載體的微波熱轉(zhuǎn)化效率。采用德國(guó)Bruker公司的tensor-27型紅外光譜儀對(duì)樣品進(jìn)行紅外光譜的測(cè)試。用表面吸附儀（TR2Star 3020）在液氮濕度下（77 K）測(cè)試樣品的氮?dú)馕脚c解吸附過(guò)程。用日本島津的UV-1800型紫外-可見(jiàn)分光光度計(jì)進(jìn)行藥物的負(fù)載和釋放過(guò)程的紫外-可見(jiàn)光譜的測(cè)試。用美國(guó)Quantum Design公司的MPMS-XL-7超導(dǎo)量子干涉磁測(cè)量系統(tǒng)（SQUID）對(duì)樣品的磁學(xué)性能進(jìn)行測(cè)試。

2 結(jié)果與討論

2.1 X射線衍射(XRD)分析

樣品的相組成和結(jié)晶度由XRD進(jìn)行測(cè)試分析。圖2是純的Fe3O4顆粒、Fe3O4@MoO3顆粒以及Fe3O4@MoO3@mSiO2納米顆粒的XRD圖。由圖2a可見(jiàn),磁性核Fe3O4為尖晶石結(jié)構(gòu)（PDF No.65-3107）。通過(guò)圖2b可以很清楚地檢索到樣品中除存在尖晶石結(jié)構(gòu)的 Fe3O4晶體外,22.9°,25.2°,26.4°,34.0°,37.5°,65.9°處的特征峰位與 PDF標(biāo)準(zhǔn)卡片 （PDF No.47-1081）吻合良好,對(duì)應(yīng)結(jié)構(gòu)為正交相的MoO3納米晶體。并且,沒(méi)有檢測(cè)出其他雜峰,表明磁性Fe3O4核與MoO3殼層之間并未發(fā)生明顯的化學(xué)反應(yīng)。同時(shí)結(jié)合后面的TEM分析和EDS能譜分析,包覆了介孔SiO2后（圖2c）在17.2°左右出現(xiàn)了一個(gè)略凸起的寬峰,這就證明在該納米顆粒中存在無(wú)定型的SiO2（用＊表示）。

圖 2 Fe3O4 （a），F(xiàn)e3O4@MoO3 （b）和 Fe3O4@MoO3@mSiO2（c）的 XRD 圖Fig.2 XRD patterns of the samples：Fe3O4 （a），F(xiàn)e3O4@MoO3 （b）and Fe3O4@MoO3@mSiO2 （c）

2.2 TEM和EDS分析

圖3 Fe3O4 （a，g），F(xiàn)e3O4@MoO3（b，h），F(xiàn)e3O4@MoO3@mSiO2 （c，i）的 SEM 圖與 EDS 能譜圖;Fe3O4 （d），F(xiàn)e3O4@MoO3 （e），F(xiàn)e3O4@MoO3@mSiO2 （f）的 TEM 圖Fig.3 SEM，TEM images and EDS spectrum of Fe3O4 （a，d，g），F(xiàn)e3O4@MoO3 （b，e，h），F(xiàn)e3O4@MoO3@mSiO2 （c，f，i）

圖3為Fe3O4,Fe3O4@MoO3和Fe3O4@MoO3@mSiO2的SEM圖和TEM圖以及與之相對(duì)應(yīng)的EDS能譜圖。圖3a為Fe3O4低倍率SEM電鏡圖,從圖可以觀測(cè)到制得的Fe3O4納米粒子呈現(xiàn)球形單分散性,粒徑分布均一且平均粒徑大約為160 nm,其表面粗糙不平,結(jié)合XRD和電鏡圖顯示的結(jié)果證明制備的Fe3O4納米粒子是由小晶粒堆積而成。Fe3O4納米顆粒的EDS能譜圖（圖3g）進(jìn)一步證實(shí)了在Fe3O4樣品中同時(shí)存在O和Fe元素。圖3b為MoO3包覆的Fe3O4納米粒子的SEM電鏡圖,如圖所示Fe3O4@MoO3納米顆粒依然保持球形和較好的分散性,粒徑大約為200 nm,包覆MoO3后粒徑有些增大。Fe3O4@MoO3納米顆粒的EDS能譜圖（圖3h）進(jìn)一步證實(shí)了在Fe3O4@MoO3樣品中同時(shí)存在Mo,O和Fe元素。進(jìn)一步包覆介孔SiO2的SEM圖如圖3（c）所示,由電鏡圖進(jìn)行形貌和粒徑分析發(fā)現(xiàn)包覆介孔SiO2后的納米粒子表面相對(duì)于Fe3O4和Fe3O4@MoO3納米顆粒顯得光滑,看不到小顆粒狀結(jié)構(gòu),粒徑約為240 nm,同樣其粒徑分布也呈現(xiàn)出均勻分散的球形形貌。Fe3O4@MoO3@mSiO2納米顆粒的EDS能譜圖（圖3h）進(jìn)一步證實(shí)在Fe3O4@MoO3@mSiO2樣品中同時(shí)存在 Si,Mo,O 和 Fe元素。 圖 3（d～f）給出的是樣品Fe3O4,Fe3O4@MoO3和Fe3O4@MoO3@mSiO2的TEM圖。從TEM照片可看出,3種樣品均具有很好的分散性。對(duì)樣品Fe3O4@MoO3的TEM圖（圖3e）進(jìn)行觀察發(fā)現(xiàn),在Fe3O4納米顆粒的表面包覆了一層MoO3,并由單個(gè)的MoO3納米顆粒組成的。而且,Fe3O4@MoO3納米顆粒的表面比純的MoO3的表面要粗糙很多,這也證明了在Fe3O4表面包覆上了一層MoO3層。圖3f是Fe3O4@MoO3@mSiO2納米顆粒的TEM照片。由納米顆粒的內(nèi)部和邊緣明顯的襯度對(duì)比可看出制備的Fe3O4@MoO3@mSiO2納米顆粒具有良好的“核-隔層-殼”結(jié)構(gòu)。核部的磁性四氧化鐵為黑色的球形顆粒,其平均粒徑大約為200 nm。圖3f附圖中看到包覆在Fe3O4磁性核外部的MoO3納米顆粒。同時(shí),均勻包覆的二氧化硅層顯示的是灰色,其厚度大約為40 nm。值得注意的是,在Fe3O4@MoO3@mSiO2納米顆粒的表面能夠清楚的看到介孔二氧化硅的孔道。綜上分析,證明我們已經(jīng)成功的制備出了具有 “核-隔層-殼” 結(jié)構(gòu)的球形Fe3O4@MoO3@mSiO2納米載體。

2.3 介孔結(jié)構(gòu)分析

圖4 Fe3O4@MoO3@mSiO2納米顆粒的液氮吸附-脫附圖，插圖為介孔的孔徑分布Fig.4 Pore diameter distribution and N2adsorptiondesorption isotherms of Fe3O4@MoO3@mSiO2

為了研究Fe3O4@MoO3@mSiO2納米顆粒的介孔性能,我們進(jìn)行了液氮吸附-脫附測(cè)試（見(jiàn)圖4）。根據(jù)國(guó)際理論和應(yīng)用化學(xué)聯(lián)合會(huì)的標(biāo)準(zhǔn),樣品的吸附-脫附曲線表現(xiàn)出典型的有H4型滯留環(huán)的Ⅳ型等溫曲線,該曲線一般與介孔二氧化硅的孔道類型有關(guān)。計(jì)算得到Fe3O4@MoO3@mSiO2納米顆粒的BET比表面積和孔容積分別是 222 cm2·g-1和 0.14 cm3·g-1。從圖4插圖孔徑分布曲線中我們也進(jìn)一步證實(shí)Fe3O4@MoO3@mSiO2納米顆粒的介孔孔徑為2.40 nm左右。液氮吸附-解吸附結(jié)果顯示納米顆粒的孔道為介孔結(jié)構(gòu),因此該納米顆粒適合作為藥物載體來(lái)運(yùn)輸藥物。綜上所述,介孔二氧化硅成功包覆在納米Fe3O4@MoO3顆粒表面。

2.4 紅外光譜(FTIR)分析

為了研究納米顆粒的結(jié)構(gòu)及其是否成功地負(fù)載上藥物 IBU,進(jìn)行了 Fe3O4@MoO3@mSiO2、Fe3O4@MoO3@mSiO2-IBU和IBU的紅外光譜研究。圖5a是Fe3O4@MoO3@mSiO2的紅外光譜圖。譜圖中1 632 cm-1是H2O的吸收峰,這就說(shuō)明在納米顆粒的表面存在大量的-OH和H2O分子,這就可以通過(guò)羥基與藥物IBU分子進(jìn)行連接從而負(fù)載上大量的藥物分子。同時(shí),在光譜圖中還存在 Si-O-Si（1 083 cm-1）,Si-OH（948 cm-1）,和 Fe-O（574 cm-1）[16]。 裝載 IBU 后的納米顆粒Fe3O4@MoO3@mSiO2-IBU和純的IBU的紅外光譜圖如圖 7（b，c）所示，譜圖 7b 中位于 1 483 cm-1處的特征吸收峰對(duì)應(yīng)于IBU藥物分子中的C=C伸縮振動(dòng)吸收峰,而在1 756 cm-1處的特征吸收峰對(duì)應(yīng)于IBU藥物分子中的C=O伸縮振動(dòng)吸收峰,位于2 924 cm-1處的特征吸收峰對(duì)應(yīng)于IBU藥物分子中CH2吸收峰[17]。裝載后的Fe3O4@MoO3@mSiO2出現(xiàn)了IBU藥物分子的特征吸收峰,說(shuō)明其成功載藥。

圖5 Fe3O4@MoO3@mSiO2 （a），F(xiàn)e3O4@MoO3@mSiO2-IBU（b）和 IBU （c）的紅外光譜圖Fig.5 FT-IR Spectra of Fe3O4@MoO3@mSiO2 （a），F(xiàn)e3O4@MoO3@mSiO2-IBU （b）and IBU （c）

2.5 磁性與微波熱轉(zhuǎn)化性能

圖6為Fe3O4@MoO3@mSiO2-IBU的外加磁場(chǎng)下的宏觀磁性表征照片。由圖可見(jiàn)均勻分散在溶液中的納米顆粒在外加磁場(chǎng)的作用下快速聚集到磁鐵附近,結(jié)果說(shuō)明該納米顆粒具有快速響應(yīng)外部磁場(chǎng)的性能和分散性能,可以用在磁性分離和磁靶向藥物載體等方面。

圖6 Fe3O4@MoO3@mSiO2-IBU的磁響應(yīng)圖Fig.6 Magnetic response of Fe3O4@MoO3@mSiO2-IBU

為了驗(yàn)證微波能否用來(lái)刺激控制藥物釋放,進(jìn)行了Fe3O4@MoO3@mSiO2納米顆粒吸收微波后的微波熱響應(yīng)測(cè)試。該測(cè)試是在室溫條件下進(jìn)行的,測(cè)試的微波頻率為2.45 GHz,這與生物醫(yī)療上所用到的頻率范圍一致。生理鹽水、Fe3O4、Fe3O4@MoO3和Fe3O4@MoO3@mSiO2納米顆粒在微波輻射下的時(shí)間-溫度曲線如圖7所示。從圖中可看出,4種物質(zhì)表現(xiàn)出了不同的微波熱響應(yīng)性能。其微波熱響應(yīng)速率的大小為：生理鹽水＜Fe3O4＜Fe3O4@MoO3@mSiO2＜Fe3O4@MoO3。因此,Fe3O4@MoO3@mSiO2納米顆粒具有很好的微波熱效應(yīng),在60 s內(nèi)就可以快速升溫到56℃。但是生理鹽水和Fe3O4溶液其微波熱效應(yīng)相對(duì)要差一些（60 s后分別升溫到38和49℃）。實(shí)驗(yàn)測(cè)試結(jié)果顯示Fe3O4@MoO3@mSiO2和Fe3O4@MoO3納米顆粒均具有很好的微波吸收性能和微波熱轉(zhuǎn)換性能。作為二者之間共有的物質(zhì),MoO3具有很好的微波吸收性能,在相同的微波輻射頻率下,MoO3可以快速地將電磁能轉(zhuǎn)換為熱能。這是因?yàn)镸oO3具有壓電性能,可以將電磁波發(fā)射到振動(dòng)能量的表面而轉(zhuǎn)換成熱能。Fe3O4@MoO3@mSiO2納米顆粒與Fe3O4@MoO3相比,其微波熱轉(zhuǎn)換性能有所降低,這可能是由于MoO3的濃度相對(duì)減少了（介孔二氧化硅的存在降低了MoO3納米顆粒的濃度）。但是,Fe3O4@MoO3@mSiO2納米顆粒仍具有比較明顯的微波熱響應(yīng)性能,適合于通過(guò)局部加熱進(jìn)行藥物的可控釋放和治療癌癥的目的。

圖 7 生理鹽水、Fe3O4、Fe3O4@MoO3和Fe3O4@MoO3@mSiO2在2.45 GHz時(shí)的微波熱響應(yīng)圖Fig.7 Heating curves of sodium chloride solution，F(xiàn)e3O4，F(xiàn)e3O4@MoO3and Fe3O4@MoO3@mSiO2under microwave irradiation at 2.45 GHz

2.6 藥物裝載和釋放性能

本文選擇藥物IBU作為模型藥物研究藥物的負(fù)載和釋放性能。為了避免其他因素對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的影響,在37℃時(shí)進(jìn)行藥物的負(fù)載和釋放實(shí)驗(yàn),實(shí)驗(yàn)在生理鹽水中進(jìn)行（9 g·L-1,模擬人體體液）。

Fe3O4@MoO3@mSiO2納米顆粒的介孔層為藥物分子的負(fù)載提供了較大的孔體積,其平均孔徑大小為2.40 nm,是 IBU藥物分子直徑（0.60 nm）的 4倍[18]。IBU分子與介孔二氧化硅表面上的羥基之間可以氫鍵相連或物理吸附,從而使得IBU分子裝載到介孔二氧化硅層的孔內(nèi),然后通過(guò)微波加熱促使二者之間的氫鍵斷裂或作用力破壞,使得IBU藥物分子從載體上釋放出來(lái),從而實(shí)現(xiàn)微波可控釋放的目的。

圖8a、8b和8c給出了室溫下在生理鹽水中,Fe3O4@SiO2、Fe3O4@MoO3和 Fe3O4@MoO3@mSiO2納米顆粒藥物的負(fù)載過(guò)程和藥物負(fù)載了不同時(shí)間后溶液的紫外吸收光譜曲線。在開(kāi)始的時(shí)候藥物的負(fù)載率迅速增大,在30 min內(nèi)其負(fù)載率均達(dá)到約40%,但是隨后負(fù)載率增長(zhǎng)緩慢。由圖可以看出IBU在225 nm處有最大吸收峰,并且隨著時(shí)間的延長(zhǎng),所對(duì)應(yīng)的吸光強(qiáng)度值減小,這就說(shuō)明溶液中藥物的濃度是隨負(fù)載時(shí)間的延長(zhǎng)而減小的。480 min后Fe3O4@SiO2和Fe3O4@MoO3的藥物負(fù)載率分別大約為44%和43%,而大約有70%的IBU分子裝載到了Fe3O4@MoO3@mSiO2納米顆粒的孔內(nèi)或表面。相比于Fe3O4@SiO2和 Fe3O4@MoO3，F(xiàn)e3O4@MoO3@mSiO2納米顆粒具有較高的裝載率,歸功于介孔二氧化硅的多孔表面和其強(qiáng)大的裝載能力。

圖8 納米顆粒的藥物負(fù)載動(dòng)力學(xué)分析：UV-Vis光譜圖和藥物負(fù)載率與時(shí)間的函數(shù)圖（插圖）Fig.8 Kinetic analysis of drug loading：UV-Vis spectrophotometer and drug loading versus time （inset）

為了進(jìn)一步確定微波照射對(duì)載體釋放藥物的影響,我們對(duì)比研究了微波照射和無(wú)微波僅攪拌藥物釋放速率的變化曲線,如圖9所示。圖中微波照射和無(wú)微波僅攪拌情況下,載體上藥物釋放速率的變化十分明顯,說(shuō)明該納米載體具有很好的刺激響應(yīng)釋放性能。從Fe3O4@MoO3@mSiO2-IBU在微波照射和無(wú)微波僅攪拌情況下的藥物釋放速率變化圖可見(jiàn),在沒(méi)有微波照射下,納米載體對(duì)IBU藥物分子的釋放速率非常慢,攪拌下經(jīng)過(guò)90 s,IBU藥物分子的釋放量?jī)H為1.5%,然而,當(dāng)把藥物釋放體系轉(zhuǎn)到微波照射的環(huán)境時(shí)IBU藥物分子的釋放速率有一個(gè)明顯的提升,微波照射90 s藥物分子的釋放量達(dá)到了82%。為了研究MoO3隔層對(duì)納米載體微波響應(yīng)釋放性能的影響,我們以相同的方法研究了沒(méi)有包覆MoO3隔層的納米載體Fe3O4@SiO2-IBU的藥物釋放性能,如圖9所示。Fe3O4@SiO2-IBU在沒(méi)有微波照射下IBU藥物分子的釋放速率也很慢,90 s內(nèi)釋放量?jī)H為1.5%,微波照射下釋放速率也有很大的提升,微波照射90 s藥物的總釋放量達(dá)到了15%。結(jié)果說(shuō)明沒(méi)有包覆MoO3隔層的納米載體也具有一定的微波熱響應(yīng)性,因?yàn)镕e3O4本身也具有一定的微波吸收性能,但是包覆有MoO3隔層的納米載體具有更好的微波吸收性能。

圖9 Fe3O4@MoO3@mSiO2-IBU和Fe3O4@SiO2-IBU在微波照射和沒(méi)有微波照射僅攪拌下IBU的對(duì)比釋放圖Fig.9 Release profiles of IBU from nanocarriers of Fe3O4@MoO3@mSiO2-IBU and Fe3O4@SiO2-IBU with or without microwave irradiation

微波對(duì)比釋放研究表明微波照射能大大提高納米載體的藥物釋放速率,包覆有MoO3隔層的納米顆粒具有很好的微波熱響應(yīng)性,在微波照射下能迅速吸收微波產(chǎn)生熱量,破壞載體與藥物分子之間的作用力,致使裝載在納米載體介孔中的藥物分子釋放出來(lái),表現(xiàn)為Fe3O4@MoO3@mSiO2-IBU納米載體對(duì)微波熱響應(yīng),促進(jìn)藥物釋放性能。

Fe3O4@MoO3@mSiO2-IBU體系的微波控釋過(guò)程用紫外-可見(jiàn)光譜實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。為了研究其可控性和重復(fù)性,實(shí)驗(yàn)過(guò)程采用的是先用微波輻射實(shí)驗(yàn)體系監(jiān)測(cè)其藥物釋放,然后停止微波輻射,只采用攪拌促使藥物釋放,以這樣的形式作為一個(gè)循環(huán)。在每個(gè)循環(huán)中,先對(duì)樣品用微波發(fā)生器輻射15 s,然后將微波發(fā)生器關(guān)掉,僅在37℃時(shí)攪拌30 min。圖10的結(jié)果顯示,IBU藥物分子在有微波輻射時(shí)被釋放出來(lái),然后,當(dāng)關(guān)掉微波發(fā)生器后就抑制了藥物IBU分子的釋放。在實(shí)驗(yàn)初始階段,對(duì)Fe3O4@MoO3@mSiO2-IBU溶液進(jìn)行首次輻射了15 s后,大約有26%的IBU分子被釋放出來(lái),但是,當(dāng)停止微波輻射僅進(jìn)行30 min攪拌,只有大約2%的IBU分子被釋放出來(lái),遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于微波輻射時(shí)的藥物釋放率。結(jié)果表明,負(fù)載了IBU分子的納米顆粒在微波照射下會(huì)快速的釋放出IBU分子,證明微波在藥物的釋放過(guò)程中起到了促進(jìn)藥物釋放的作用。并且,負(fù)載了藥物之后的納米顆粒可以通過(guò)調(diào)節(jié)微波福射的開(kāi)/關(guān)狀態(tài)來(lái)精確的控制藥物的釋放。隨著體系藥物釋放時(shí)間的延長(zhǎng),藥物的釋放曲線趨于平坦,經(jīng)過(guò)了7個(gè)循環(huán)后藥物IBU分子的釋放率約為86%。但是,在該釋放過(guò)程中,可通過(guò)調(diào)節(jié)微波輻射的時(shí)間和有無(wú)微波輻射實(shí)現(xiàn)藥物釋放的精確控制。這有可能是因?yàn)槲⒉嵝?yīng)與微波輻射時(shí)間有關(guān)系,隨著輻射時(shí)間的延長(zhǎng)微波熱效應(yīng)增強(qiáng),同時(shí)樣品的溫度也會(huì)升高。因此,藥物IBU分子的累積釋放率隨著微波輻射時(shí)間的延長(zhǎng)而增大。這就表明,可以通過(guò)微波照射實(shí)現(xiàn)藥物的可控釋放,而且以MoO3為微波吸收層時(shí)其微波可控釋放效果優(yōu)于以ZnO和TiO2為微波吸收層時(shí)的效果。所以,所制備的Fe3O4@MoO3@mSiO2納米載體通過(guò)調(diào)節(jié)微波輻射的狀態(tài)實(shí)現(xiàn)藥物的可控釋放是可行的。

圖10 微波照射和攪拌下Fe3O4@MoO3@mSiO2-IBU對(duì)藥物IBU的可控釋放行為Fig.10 Cumulative release profiles of IBU from Fe3O4@MoO3@mSiO2-IBU upon 2.45 GHz microwave irradiation

3 結(jié) 論

本文制備了一種以Fe3O4為“核”,MoO3作為中間微波響應(yīng)層,介孔二氧化硅為“殼”的Fe3O4@MoO3@mSiO2納米載藥顆粒,并研究了其對(duì)藥物布洛芬（IBU）的負(fù)載和可控釋放行為。所制備的納米載體為球形結(jié)構(gòu),具有較好的磁響性,可以實(shí)現(xiàn)藥物的靶向給藥。有較大的比表面積、孔體積和較大的孔徑,可實(shí)現(xiàn)藥物的有效負(fù)載；同時(shí)具有較好的微波熱轉(zhuǎn)化性,可以通過(guò)MoO3中間層吸收微波輻射實(shí)現(xiàn)藥物的可控釋放。實(shí)驗(yàn)表明,在微波持續(xù)輻射經(jīng)過(guò)7個(gè)循環(huán)后藥物IBU的釋放率達(dá)到86%,在生物醫(yī)療中有很好的應(yīng)用前景。

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