Fe3O4@C磁性纳米复合材料的制备及药物输运性能研究

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靶向给药是一种新型的治疗肿瘤疾病的方法,采用这种方法可实现药物在病变区域定点释放,极大减轻化疗药物对人体其它部位的伤害。磁性药物载体作为靶向给药最关键的部分,需要具备良好的磁性能,较大的载药量和药物的可控释放等特点。Fe3O4纳米颗粒由于具有良好的磁性能和生物相容性等优点,被广泛应用于生物医学领域。但是单独的Fe3O4纳米颗粒由于纳米尺寸效应,极易团聚,限制了其在靶向给药方面的应用。碳材料具有孔隙结构多,比表面积大,表面功能基团多等优点,是一种生物相容性优良的材料,通过碳材料与Fe3O4复合形成的复合纳米材料可结合两种材料的优点,进而拓宽Fe3O4在医学中的应用。本文通过水热法合成了核壳结构的Fe3O4@C纳米复合材料,探究了Fe3O4和Fe3O4@C作为药物载体的应用潜力,通过Fe3O4与C之间的界面改性提升了Fe3O4@C的药物输运性能。最后利用载药性能优异的纳米载体进行体外模拟药物释放实验,探究其药物释放性能。论文主要内容如下:(1)通过溶剂热法制备了Fe3O4纳米颗粒,研究不同碱性无机盐对Fe3O4纳米颗粒微结构及性能的影响。当碱性无机盐选择为Na Ac,NH4Ac以及NH4HCO3时可以成功制备出纳米Fe3O4。其中,NH4HCO3所制备的Fe3O4性能最理想,结晶性最好,晶粒尺寸为39 nm,磁性能更优异,比饱和磁化强度为71 emu·g-1,剩磁为2 emu·g-1,矫顽力为19 Oe。经红外光谱检测,Fe3O4表面具有丰富的-OH基团,可以负载亲水性药物。通过细胞毒性实验证明所制备的Fe3O4纳米颗粒无细胞毒性,可以作为药物载体,并通过载药实验研究其作为药物载体的潜力。(2)利用水热法对以上优化实验中所制备的Fe3O4颗粒进行表面修饰,制备了核壳结构的Fe3O4@C纳米复合材料。通过控制水热反应时间(6 h和12 h)来调控C层厚度。红外光谱测试结果表明该颗粒表面具有亲水性基团-OH,-CHO和-C=O,可以负载亲水性药物。通过细胞毒性实验进一步证明了Fe3O4@C无细胞毒性,可以作为药物载体。研究结果表明,简单的包覆结构没有增加颗粒的分散性,反而降低了Fe3O4纳米颗粒的磁性能,比饱和磁化强度从71emu·g-1降至55 emu·g-1。而包覆时间太长(12 h),Fe3O4@C对药物的负载率从96%降到60%,这可能是由于团聚现象导致的比表面积严重下降所致。(3)通过先制备Fe3O4@Si O2@C后将Si O2刻蚀掉,对Fe3O4@C复合界面结构进行了表面改性,形成一种松散的Fe3O4@C核壳结构纳米颗粒,探究了其作为药物载体的输运性能。研究结果发现,这种复合界面改性的Fe3O4@C对Fe3O4的磁性能影响较小,并且比表面积和药物的负载率均有所提升,药物负载率达到了98.9%。进一步研究了这种“松散型”核壳结构Fe3O4@C在不同p H值环境下的药物释放行为,探究p H值作为控释药物‘开关’的可能性。研究结果表明,“松散型”核壳结构Fe3O4@C在酸性环境中(p H=5)释放药物的效果更好,预计“松散型”核壳结构的Fe3O4@C纳米颗粒可在癌细胞周围释放药物。药物动力学研究表明这种释放主要分为两个阶段,第一阶段是由药物与载体间的静电吸附作用而引起的,第二阶段是由载体的介孔孔道所调节。
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