多功能磁性纳米药物载体的制备及表征

尚 乐，周庆翰

(西南民族大学化学与环境保护工程学院，四川 成都 610041)

多功能磁性纳米药物载体的制备及表征

尚 乐，周庆翰

(西南民族大学化学与环境保护工程学院，四川 成都 610041)

以AIBN为引发剂，以N，N'-双(丙烯酰)胱胺(BACy)为交联剂，与多巴胺丙烯酰胺(DMA)和聚乙二醇单甲醚甲基丙烯酸酯(PEGMA)发生共聚，同时加入Fe3O4磁性纳米粒子，制备得到纳米胶束.通过核磁(1H-NMR)，红外(FTIR)，动态光散射(DLS)和透射电镜(TEM)等一系列手段对聚合物胶束的结构和形貌进行了表征，初步证明了制备的胶束具有还原响应性和良好的稳定性.

磁性纳米粒子；BACy；胶束

癌症是难治愈的疾病之一.目前，化疗是治疗癌症的主要方法.然而，由于癌细胞多重药物抵抗性(MDR)的产生和发展，化疗的治疗效果收到了极大的影响.市面上的MDR抑制剂可以改善药物在癌细胞内部的积累，但这些抑制剂对人体有毒性，抑制的效率也不高，所以在临床应用中收到很大限制.

纳米材料技术可以改善药物在细胞内的累积从而达到抑制MDR的效果.更重要的是，如果能将纳米治疗材料和可成像材料结合在一起，就能在治疗的同时监测药物的扩散动向和相应效率.近年来，超顺磁性氧化铁纳米粒子(SPIONs)经常被用于核磁共振成像(MRI)中的造影剂，因为它具有较低的肾清除率和高弛豫值[1-3].此外，SPIONs具有良好的生物相容性和生物可降解性[4]，以它与聚合物形成的核壳结构为基础制备的药物载体，具有贮藏时间长、在血液循环中药物流失少[5]等优点，与它相关的载药研究已经成为了热门.尽管SPIONs已广泛应用于医药用生物材料中，但利用SPIONs作为诊断治疗一体化材料的研究还未见报道.

本文中，我们设计制备了具有可降解性能的SPIONs造影剂.该纳米材料的主要成分包括具有还原响应性的生物可降解共聚物(DMA，PEGMA和BACy)，和SPIO内核.聚合物主链是疏水性的，而PEGMA具有亲水性，这样聚合物就具有了两亲性[6].它既有高分子所具有的增粘性，同时也有低分子所具有的表面活性，因此这类物质有很多特殊的物理和化学性质[7].DMA中的多巴胺能够与紧密结合SPIO，不会被水溶液或者其它溶液冲洗掉[8-9]，同时由于交联剂中含有二硫键，因此聚合物中二硫键可以在谷胱甘肽(GSH)等还原性物质的作用下断裂从而释放出所包载的药物，使载体具有还原响应性[10-12].图1是本实验的流程图，这种纳米材料将会为癌症的治疗效率提供一个很好的改善方法，相信会有广阔的应用前景.

图1 实验流程图Fig.1 Synthetic scheme for the preparation of copolymer

1 实验部分

1.1 试剂与主要仪器

(1)实验试剂:DMF(AR，天津市富宇精细化工有限公司)，THF(AR，美国Bioway)，乙醚(AR，天津市瑞金特化学品有限公司)，AIBN(AR，津市科密欧化学试剂有限公司)，PEGMA(AR，SIGMAALDRICH)，丙烯酰氯(98%，萨恩化学技术(上海)有限公司)，DCM(AR，成都金山化学试剂有限公司)，碳酸氢钠(AR，天津博迪化工股份有限公司)，无水硫酸镁(AR，天津博迪化工股份有限公司)，氨水(AR，成都市科龙化工试剂厂)，油酸(AR，成都市科龙化工试剂厂)，正己烷(AR，天津市瑞金特化学品有限公司)，乙醇(AR，成都市海兴化工试剂厂)，四硼酸钠(AR，天津市瑞金特化学品有限公司)，氢氧化钠(AR，天津市瑞金特化学品有限公司)，盐酸多巴胺(阿拉丁试剂)，乙酸乙酯(AR，成都市海兴化工试剂厂)，甲基丙烯酸酐(阿拉丁试剂)，胱胺二盐酸盐(阿拉丁试剂).

(2)实验仪器:磁力搅拌器(司乐仪器85-2型)，旋转蒸发仪(亚荣仪器RE-2000A型)，真空抽滤泵(汇成科工贸SHB-Ⅲ型)，离心机(平凡仪器TG16W型)，机械搅拌器(申科仪器S212型)，真空干燥箱(一恒仪器DZF-6053型)，透射电子显微镜(日立H-600型)，红外光谱分析仪(Nicoletis50型，Thermo公司)，核磁共振分析仪(BRUKER-400 MHz)，动态光散射分析仪(Nano-zs90型)，紫外可见光光度计(TU1950型).

1.2 油酸包覆Fe3O4磁流体的制备

根据文献[13]中的方法，称取FeCl3·6H2O 4.19g，加入三口烧瓶中，再添加30mL去离子水.向三口烧瓶中添加FeSO42.34g和70mL蒸馏水，同时通入氮气，设定温度T＝70℃，机械搅拌(约700r/min).搅拌约30min后，加入氨水25mL，反应2h.反应后加入油酸1mL，再继续反应1h.冷却至室温，保存.取一定量上述实验样品溶于乙醇，离心分离，去掉上层液体.重复三次.将得到的固体重新分散于DCM(二氯乙烷)中，旋转蒸发干燥，得到固体粉末，保存备用.

1.3 多巴胺甲基丙烯酰胺(DMA)的合成

根据文献[14]中的方法，称取1.01g NaHCO3，2.50g Na2B4O7，加入100mL三口烧瓶中，量取25mL蒸馏水加入瓶中，搅拌并通入氮气20min.称取1.0g盐酸多巴胺加入瓶中，测量瓶中的pH值，保持pH＞8 (用1M NaOH调节).将1.0mL甲基丙烯酸酐溶于7mL THF(四氢呋喃)中，用3ˉ5min逐滴加入到三口烧瓶中.反应6个小时后，用稀盐酸调节pH＜2，红褐色消失.所得溶液用30mL EA(乙酸乙酯)提取两次，分离得有机相.将分离的产物用MgSO4干燥，过滤.将有机相旋转蒸发使体积缩小至20ˉ30mL.将所得有机相逐滴加入到约200mL正己烷中，进行反沉，过滤得到白灰色粉末状固体粗产品，用EA/正己烷反沉纯化后，真空干燥.

1.4 胱胺双丙烯酰胺(BACy)的合成

根据文献[15]中的方法，称取胱胺二盐酸盐2.30g，溶于18mL蒸馏水中，冰浴30min.称取1.6g NaOH溶于4mL蒸馏水中，冰浴.移液枪量取1.750mL丙烯酰氯，溶于3mL DCM(二氯乙烷)中，冰浴.用恒压漏斗同时滴加NaOH溶液和丙烯酰氯溶液，5min左右滴完，在恒温恒压的条件下反应3h左右.将所得溶液倒入分液漏斗中，加入30mL DCM(二氯乙烷)，充分震荡后静置，分离下层液体.反复操作两次.将下层液体加入MgSO4进行干燥，过滤.将过滤后的液体进行旋转蒸发得白色固体粗产品.用EA/正己烷重结晶.

1.5 共聚物的制备

称取一定量的DMA，PEGMA和BACy，摩尔比为8:2:1，加入到20mL DMF中.调节温度到65℃，加入引发剂AIBN(2%wt)，保持通N2，磁力搅拌，反应24h.反应结束后，将溶液滴入水中，制备胶束.透析三天后，冻干，低温保存.

1.6 共聚物包磁的制备

取与上一步骤中制备共聚物等量的DMA，PEGMA和BACy，加入到三口烧瓶中，再加入25mL DMF中.取20mg纳米Fe3O4固体粉末，溶于5mL DMF，超声分散，然后用滤头(0.45μm)过滤，将滤液加入到烧瓶中.调节温度，加入引发剂AIBN(2%wt)，保持通N2，机械搅拌(500r/min)，反应24h.反应结束后，将溶液滴入水中，制备胶束.透析三天后，冻干，低温保存.

2 结果与讨论

2.1 Fe3O4纳米粒子的形态

图1为Fe3O4纳米粒子的TEM照片，可以看出制备得到的Fe3O4纳米粒子几乎都是椭圆形和近球形，粒径分布在10～25nm，平均粒径约为20nm.

图2 Fe3O4纳米粒子的TEM照片Fig.2 TEM images of Fe3O4nanoparticles

2.2 红外光谱(FT-IR)的表征

图3是DMA的红外光谱图，3250cmˉ1附近为酰胺中亚氨基的特征吸收峰，1600cmˉ1附近的吸收峰则是羰基，1200cmˉ1附近是苯环与酚羟基的碳氧键特征峰.图4为交联剂BACy的红外光谱图，可以看到交联剂特有的碳硫键和碳氮键吸收峰.图5是油酸包磁、聚合物和聚合物包磁的红外光谱对比图，580cmˉ1附近为Fe-O键的特征吸收峰，可以看到聚合物包磁的红外谱图在相应位置附近也有明显的吸收峰，一定程度上证明了聚合物成功包覆了Fe3O4.

图3 DMA的FT-IR谱图Fig.3 FT-IR spectra of DMA

图4 BACy的FT-IR谱图Fig.4 FT-IR spectra of BACy

图5 Fe3O4，Copolymer和Copolymer＠Fe3O4的FT-IR谱图Fig.5 FT-IR spectra of Fe3O4，copolymer and copolymer＠Fe3O4

2.3 核磁氢谱(1H-NMR)的表征

图6是DMA的1H-NMR(CDCl3，400 MHz)图谱: δ(ppm)＝8.6-8.9(a:酚羟基上的两个氢)，8.0(f:酰胺键上的氢)，5.3-5.7(g:碳碳双键上的氢).图7是交联剂BACy的核磁图谱，δ(ppm)＝6.6(c:酰胺键上的氢)，6.2(b:双键中靠近羰基的碳上的氢)，5.6和6.4(a:双键中远离羰基的碳上的氢).图8是共聚物的核磁氢谱，δ(ppm)＝6.3-6.6(b、c:苯环上的氢)，0.7-0.9(g＋i:主链亚甲基上的氢)，3.6(f:PEGMA重复单元中亚甲基上的氢)，3.3(m:PEGMA末端甲基上的氢)，1.2(h＋j:主链上甲基的氢).

图6 DMA的1H-NMR谱图(DMSO，400MHz)Fig.61H-NMR spectra of DMA in DMSO(400 MHz)

图7 BACy的1H-NMR谱图(CDCl3，400MHz)Fig.71H-NMR spectra of BACy in CDCl3(400 MHz)

图8 Copolymer的1H-NMR谱图(DMSO，400MHz)Fig.81H-NMR spectra of copolymer in DMSO(400 MHz)

2.4 动态光散射(DLS)的表征

图9是在不同浓度NaCl溶液中共聚物包磁的胶束粒径变化图.0是没有加入任何物质的胶束的粒径，1、2、3、4、5 M是在相应浓度的盐溶液(NaCl)中胶束粒径的分布情况.加入盐溶液的主要目的是想测定不同浓度的盐是否会对胶束的造成影响，而粒径的变化是最直观的判别方法.由图可以看出，在1和2M盐溶液中胶束的粒径和空白样品基本没有变化，而在3、4和5M盐溶液中，胶束粒径发生了明显的变化.图10是共聚物包磁的胶束加入20mM GSH后24小时内的粒径变化图，可以看出整体呈现出先增大后减小的趋势，这是因为共聚物中的二硫键被还原，发生断裂，胶束体积膨胀，随着时间推移，一些高分子链脱落，粒径减小.

图9 不同浓度的NaCl溶液中胶束的粒径变化图Fig.9 The size change of the microgels at different NaCl concentrations

图10 20mM GSH中胶束的粒径变化图Fig.9 The size change of the microgels in the presence of 10mMDSH

3 结论

本实验成功制备了以Fe3O4为内核，两亲性交联共聚物为外壳的具有还原响应性的纳米胶束，通过FT-IR、1H-NMR、DLS和TEM等手段对各个单体以及共聚物包磁进行化学结构以及和微观形貌进行了表征.所测结果初步表明，制备的胶束结构稳定，有良好的还原响应性，有望成为性能优良的药物载体.

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(责任编辑:李建忠，付强，张阳，罗敏；英文编辑:周序林，郑玉才)

Synthesis and characterizationof multifunctional magnetic nano drug carrier

SHANG Le，ZHOU Qing-han
(School of Chemical Engineering and Environmental Protection，Southwest University for Nationalities，Chengdu 610041，P.R.C.)

A novel disulfide bonded cross-linked copolymer was synthesized using AIBN as initiator and N，N-bis(acryloyl)cystamine(BACy)as crosslinker，and the monomers also contain dopamine methacrylamide(DMA)，polyethylene glycol ether methacrylate(PEGMA)and Fe3O4magnetic nanoparticles.1H-NMR，FTIR，DLSand TEM were utilized to investigate the chemical structure and micelle morphology.The results indicated that the micelles were stable and degraded in reducing agent.

magnetic nanoparticle；BACy；micelle

O63；R318.08

A

2095-4271(2016)05-0531-07

10.11920/xnmdzk.2016.05.011

2016-06-06

周庆翰(1981—)，男，汉族，四川成都人，副教授，博士，研究方向:生物材料，高分子化学.E-mail:zhqinghan＠163.com

自然科学基金青年项目(21404086)