核殼結構的Gd-Si-Ce6多功能介孔納米復合材料的制備方法
【技術領域】
[0001 ] 本發明涉及的是一種多功能介孔納米復合材料的制備方法。
【背景技術】
[0002]眾所周知，介孔材料是最重要的載體材料之一。高比表面積，有序穩定的介孔結構，可調的孔徑和孔體積，以及易修飾的表面性質，都是介孔材料較為有吸引力的特征，這些特征有利于客體分子容易的嵌入到結構中，也為這些分子之后的擴散提供了通道。介孔材料中最引起人們注意的是中空介孔二氧化硅材料，其可控合成方案，優秀的介孔結構和表面硅醇基，使介孔二氧化硅材料具有獨特的性能，如比表面積大，高孔容，統一且可調控的孔徑(不同的表面活性劑都可以容易實現)，低密度，無毒的性質，很容易修飾的表面，并具有良好的生物相容性。此外，一方面空心介孔二氧化硅球由于空心結構而擁有高的存儲容量，另一方面，擁有介孔層的空心球與傳統的固體層空心球相比，在大規模擴散和運輸中展現了很好的優勢。因此空心介孔二氧化硅在催化劑、生物醫學、激光等領域受到廣泛的關注。其在結構控制和功能化(光學，磁學等)設計的重大進步使二氧化硅在生物技術和生物醫學上的應用得以實現。
【發明內容】
[0003]本發明的目的在于提供一種原材料廉價，過程簡單易行，能夠得到內部具有空腔結構、內部空腔與外部環境通過介孔孔道互相聯通的介孔納米復合材料的核殼結構的Gd-S1-Ce6多功能介孔納米復合材料的制備方法。
[0004]本發明的目的是這樣實現的:
[0005](1)利用兩種硅烷前驅體制備無機-有機雜化硅球；
[0006]將0.3g-0.4g十六烷基三甲基溴化銨(CTAB)，0.4mL_0.6mL氨水(25wt % )溶解在100mL乙醇水溶液(乙醇和水的體積比為0.29-0.46)中，混合溶液水浴加熱到35°C后，在攪拌下快速加入0.5mL硅烷前驅體混合物(VBTSE: VTE(]S= 1: 1，BTSE為1，2- 二(三乙氧基硅基)乙烷；TE0S為正硅酸乙酯)，之后在35°C保持24h。得到白色產物，用無水乙醇洗后，將其分散到160mL水中，70°C保持12h為了制得核殼的介孔二氧化硅球，產物再次乙醇洗滌和離心收集。最后為了移除模板劑CTAB，再將產物分散到含有0.24mL HCl(37wt% )的120mL乙醇溶液中，60°C保持3h，此步重復兩次，以便完全移除模板劑。最后的產物用乙醇洗后真空干燥箱干燥，即可獲得粒徑可調的均勻核殼結構的介孔二氧化硅球，記作HMSN。
[0007](2)利用Gd(III)與DTPA的螯合反應對二氧化硅球進行功能性修飾。具體步驟如下:首先對上一步制得的HMSN進行氨基改性。HMSN分散到水和乙醇的混合溶液中，攪拌下加入3-氨基丙基-三乙氧基硅烷(APTES)后加熱到45°C保持8h。再將上面得到的HMSN_NH2分散到二甲基甲酰胺(DMF)中，0.3mL-0.4mL三乙胺和二乙三胺五乙酸二酐(DTPA)加入其混合溶液中，混合溶液加熱到80°C保持30min后，自然冷卻到室溫，再攪拌過夜。此時得到的HMSN-DTPA高速離心收集。GdCl3S解到后，上一步得到的HMSN-DTPA分散到10mL含15mg-35mg GdCl3的緩沖溶液(pH = 7.4)中，室溫下攪拌過夜，反應結束后，產物乙醇和水交替洗滌后離心收集，產物記作HMSN-DTPA-Gd。
[0008](3)利用 EDC - NHS 反應將 Ce6 與 HMSN-DTPA-Gd 共價結合。lmg_5mg 二氫卟酚(Ce6)溶解到二甲基亞砜(DMS0)中，加入等摩爾的NHS and EDC。活化30min后，再與2mL含有2mg HMSN-DTPA-Gd的緩沖溶液(pH = 7.4)混合，室溫下攪拌反應12h。得到的產物用水和乙醇多次交替洗，離心收集。最終產物記作Gd-S1-Ce6。
[0009]本發明采用幾種經典反應制備核殼結構的Gd-S1-Ce6多功能納米復合材料。具有以下特點，①該復合材料內部具有空腔結構，可用于存儲大量藥物分子。②該復合材料具有有序的介孔孔道，可使材料的內部空腔與外部環境通過介孔孔道互相聯通，可實現內外物質交換。此外，介孔二氧化硅孔道本身也可存儲大量藥物分子，是一種良好的藥物緩釋載體材料。③該復合材料在660nm激發光下可產生高效的單線態氧，可用于癌癥的光動力治療。④實驗過程中都不會產生有毒產物綠色環保，且實驗原材料廉價，實驗過程簡單易行，易于實驗方法的生產及推廣
[0010]本發明對制備的樣品進行一系列表征(tem、eds、n2吸附和υν-vis光譜)和分析以證實我們設計的方法成功的合成了多功能材料。最后再對材料進行了體外核磁成像檢測，確定其可作為成像劑性能。所制備的復合材料將二氧化硅的中空介孔結構與功能性粒子相結合，大孔容和大比表面積，適合裝載大量藥物分子以及功能性粒子的改性，在生物醫學領域具有很大的應用潛力。
[0011]本發明提出:①采用幾種經典的反應制備粒徑均勻、分散性良好的空心有序介孔納米材料；②采用CTAB作為表面活性劑能夠形成有序的介孔二氧化硅層，不僅為引入大量的功能分子團提供了較大的表面積，還為吸收和封裝生物分子提供了較大的孔徑；③沒用犧牲模板法而是采用兩種硅烷做前驅體合成了空心有序介孔結構納米復合材料。本發明具有以下特點，一是該復合材料內部具有環形空腔結構，可用于存儲大量藥物分子。二是該復合材料表面具有一層介孔二氧化硅層，可使材料的內部空腔與外部環境通過介孔孔道互相聯通，可實現內外物質交換。此外，介孔二氧化硅孔道本身也可存儲大量藥物分子，是一種良好的藥物緩釋載體材料。三是該復合材料在660nm激發光下可產生高效的單線態氧，可用于癌癥的光動力治療。四是制備過程中都不會產生有毒產物綠色環保，且實驗原材料廉價，實驗過程簡單易行，易于實驗方法的生產及推廣。
【附圖說明】
[0012]圖1 (A)-圖1 (D)為樣品的TEM照片;圖1 (A)、圖1 (B)、圖1 (C)、圖1 (D)分別為空殼二氧化硅球、Gd-S1-Ce6樣品的TEM照片。從圖1 (A)中，我們可以看到Si球的粒徑分布非常均勻，其粒徑基本在110個nm左右，而且Si球的形貌也比較好同時也沒有發生團聚現象。從圖中我們可以清晰的看到樣品的核殼結構，以及它內部的環形空腔。球的外圍顏色比較淺的殼層為TE0S水解后得到的3102殼，殼的厚度大約是20nm。圖1 (C)和圖1⑶是Si球修飾后得到的樣品TEM照片，與圖1㈧和圖1⑶相比形貌沒有發生大的改變，這就說明功能性分子的修飾沒有影響到二氧化硅球的形貌和分散性。
[0013]圖2為Gd-S1-Ce6最終樣品的X射線能量色散光譜圖像。從該圖中可以明顯的看出，Gd成功摻雜，其中Gd在樣品占的質量百分比為18%。
[0014]圖3(A)-圖3(B)為空殼二氧化硅球的吸附脫附等溫線及孔徑分布曲線。其中，圖3(A)為空殼二氧化硅球的吸附脫附等溫線，圖3(B)為空殼二氧化硅球的孔徑分布曲線。根據IUPCA(國際理論和化學聯合會)曲線呈H1型遲滯環，且在P/PQ= 0.5和0.9之間曲線有明顯的突躍，這表明是介孔材料的IV型等溫線。此外，孔徑分布曲線樣品的平均孔徑在7.9nm左右，可見該復合材料適合作為藥物輸送及釋放的載體。
[0015]圖4分別為Gd-Si_Ce6、Gd_Si和Ce6樣品的UV-vis光譜圖。從圖中我們可以看到，Gd-S1-Ce6的特征峰與Ce6的相似，而波長為404nm和660nm處為Ce6特征峰，但是純Gd-Si樣品在這兩處沒有，這一結果說明了 Ce6的成功修飾。
[0016]圖5為Gd-Si_Ce6最終樣品的核磁共振成像。由于Gd的成功共價嵌段在娃球的表面，賦予了該復合材料能作為核磁成像探針的能力。由圖可以看出，隨著樣品的水溶液濃度的增大，核磁成像的信號越強，并且Gd的濃度與弛豫速率(1/1\)成正相關。經計算弛豫參數(A)為18.15s1 -mM \因此，實驗所制備合成的具有空心結構的復合材料(Gd_S1-Ce6)是適合作為核磁共振成像探針的。
【具體實施方式】
[0017]下面結合實施例對本發明的技術方案及效果作進一步描述。但是，所使用的具體方法、配方和說明并不是對本發明的限制。
[0018]實施例(一):
[0019](1)利用兩種硅烷前驅體制備無機-有機雜化硅球。具體方案如下:將0.32g十六烷基三甲基溴化銨(CTAB)，0.5mL氨水(25wt% )溶解在100mL乙醇水溶液(乙醇和水的體積比為0.29)中，混合溶液水浴加熱到35°C后，在攪拌下快速加入0.5mL硅烷前驅體混合物(VBTSE: VTE(]S= 1: 1，BTSE為1，2- 二(三乙氧基硅基)乙烷；TE0S為正硅酸乙酯)，之后在35°C保持24h。得到白色產物，用無水乙醇洗后，將其分散到160mL水中，70°C保持12h為了制得核殼的介孔二氧化硅球，產物再次乙醇洗滌和離心收集。最后為了移除模板劑CTAB，再將產物分散到含有0.24mL HC1 (37% )的120mL乙醇溶液中，60°C保持3h，此步重復兩次，以便完全移除模板劑。最后的產物用乙醇洗后真空干燥箱干燥，即可獲得粒徑可調(llOnm左右)的均勻核殼結構的介孔二氧化硅球。
[0020](2)利用Gd(III)與DTPA的螯合反應對二氧化硅球進行功能性修飾。具體步驟如下:首先對上一步制得的HMSN進行氨基改性。HMSN分散到水和乙醇的混合溶液中