壳聚糖改性空心多巴胺纳米复合载体的制备及其性能研究*

2022-04-13宋文利袁英梅陈秋雨印志伟高福如施金玉

云南化工 2022年3期

宋文利，袁英梅，陈秋雨，顾昊，印志伟，高福如，施金玉

(1.金陵科技学院材料工程学院，江苏南京 211169；2.潍坊市生态环境局滨海分局，山东潍坊 262737)

近年来，含有儿茶酚基的多巴胺凭借优良的生物性能以及负载能力受到科研领域的广泛关注。多巴胺接枝后的聚合物以及纳米材料，包载率以及药物缓释性都会得到很大的提高，尤其是中空纳米载体，其包载率较实心载体有很大提升[1]。这种空心纳米载体自身具有独特的物理性能，例如,超低的密度、小粒径、高空隙率等。通过模板法，层层自主装，选择性刻蚀法等方法可制备得到空心纳米载体。例如，以纳米二氧化硅为核心，多巴胺包覆二氧化硅表面，然后通过刻蚀二氧化硅制备空心多巴胺纳米粒子，用于包载药物的缓释研究[2-3]。

本文基于多巴胺的生物相容性，依据黏附蛋白的黏附机理，引入多糖类聚合物壳聚糖空心多巴胺纳米粒子表面进行改性，壳聚糖作为天然多糖类聚合物，负载药物缓释性能良好，被广泛应用于生物医药领域[4-5]。制备得到的多巴胺复合载体同时兼具粘性以及生物相容性，为生物医药载体研究提供了新思路。

1 实验部分1.1 纳米二氧化硅粒子的制备

本实验采用溶胶-凝胶法制备纳米二氧化硅[6]。正硅酸乙酯为前驱体，催化剂采用碱性氨水，通过水解反应以及缩合反应生成二氧化硅，具体过程如下：取 3 mL 正硅酸乙酯，溶于 50 mL 乙醇中，逐滴加入 4 mL 氨水和 50 mL 乙醇的混合液中，滴加后充分搅拌，37 ℃ 反应 2 h，得到半透明乳白色状溶液。产物离心，蒸馏水洗涤，冷冻干燥得到二氧化硅纳米粒子固体粉末备用。

1.2 空心多巴胺纳米粒子(HPDA)的制备

称取 0.1 g 二氧化硅纳米粒子，分散于 30 mL 蒸馏水中，加入盐酸多巴胺 0.06 g， 0.2 mL 的 1 mol/L 的氢氧化钠溶液，室温下搅拌反应 12 h 后，得到黑色混合液[6-7]。将其离心洗涤，冷冻干燥得到黑色固体粉末。将粉末分散于 30 mL 去离子水中，加入 0.6 mL 氢氟酸，持续搅拌反应 1 h，离心洗涤，冷冻干燥得到空心多多巴胺纳米粒子HPDA。

1.3 空心多巴胺/壳聚糖(HPDA-CS)的制备

称取 3 g 壳聚糖，溶于 50 mL 去离子水中，依次加入 0.5 g HPDA， EDC和NHS各 50 mg，室温搅拌反应 12 h 得到浅灰色溶液。将溶液离心，用蒸馏水洗涤，收集固体，冷冻干燥，得到絮状HPDA-CS。

2 结果与讨论

2.1 傅里叶红外光谱分析

图1 HPDA(a)和HPDA-CS(b)的红外吸收光谱图

2.2 紫外吸收光谱分析

图2a为HPDA的紫外吸收曲线，从图2中可知，280 nm 处有明显吸收峰，此峰为苯环的B带吸收峰(共轭体系和苯环叠加)。不同于多巴胺单体在一定氧和碱性条件下的自聚合时，苯环骨架的振动受到影响[8]，多巴胺粒子间聚集，特征吸收峰红移；空心多巴胺接枝壳聚糖HPDA-CS后，纳米粒子更易分散，苯环骨架间距离增大，相互影响小，紫外特征吸收峰蓝移至 270 nm。

图2 HPDA(a)和 HPDA-CS(b)的紫外吸收光谱

2.3 扫描电镜分析

由图3a DLS结果可知，HPDA的水合粒径约为 100 nm。图3b为HPDA粉末的SEM图，将冷冻干燥下得到的HPDA均匀铺开，用扫描电镜观察其形貌为球形，说明氢氟酸刻蚀掉了内部二氧化硅核也并没有改变外层的多巴胺[9]。HPDA粒径分布范围为50～100 nm，与DLS结果相似，表明粉末状HPDA仍能保持较好的结构，也为后续壳聚糖接枝改性提供了良好的条件。

图3c为壳聚糖改性空心多巴胺纳米粒子的DLS图，结果表明HPDA-CS的水合粒径大小约为 130 nm，与空心多巴胺粒子相比，粒径增加了 30 nm 左右，这是因为接枝的壳聚糖，在水溶液中自由伸展，粒径相应的也增大。图3d为HPDA-CS的SEM图，如图3d所示，改性后复合纳米粒子的球形结构保持完整，微观形貌与空心多巴胺大致相同，表明化学接枝壳聚糖并没有改变空心多巴胺的结构。HPDA-CS的粒径与空心多巴胺相比增大，表明壳聚糖改性空心多巴胺后增加了纳米粒子表面厚度，粒径相应地增大。HPDA-CS这种完整的球形结构，合适的粒径大小，也为复合纳米载体的载药及其他生物应用提供了良好的结构支持。