（应用化学专业论文）炭黑的表面接枝改性及药物接枝的研究.pdf

v7 7 + 3 8 0 些型j 笠芏堡主堂些笙苎 炭黑的表面接枝改性及药物接枝的研究 应用化学专业 研究生肖英指导老师戴晓雁 本文利用硝酸氧化纳米炭黑对其表面进行改性，同时还探索了过氧化苯甲 酰( b p o ) 作引发剂在炭黑表面引入羟甲基的试验研究。结果表明，通过硝酸 高浓度、高温条件的长时间氧化在炭黑表面引入了大量的含氧基团，如羧基、 羟基、酚羟基等，改善了纳米炭黑在水相中的分散性。并且，用氧化改性后的 纳米炭黑进行小鼠的药理试验，其结果显示，氧化改性后的纳米炭黑在小鼠体 内的淋巴靶向十分优异，能在1 分钟内进入淋巴的一、二、三级位置，是良好 的淋巴染色示踪剂，有望成为新一代的肿瘤治疗的靶向染色示踪剂。 以往的研究资料表明，纳米炭黑在注入人体后作示踪剂不会产生致突变、 生殖毒性或致癌变的影响，并且纳米炭黑的粒径在胶体范围内，能被巨噬细胞 吞噬，不经过血管到达癌变位置，而是从淋巴管中直接到达各个肿瘤位置，具 有奇特的靶向性。因此，本文在得到表面具有活性基团并易分散在水相的炭黑 的基础上，还在炭黑表面进行接枝抗肿瘤药物，合成一种能准确到达肿瘤靶向 位置，并能进行肿瘤治疗的前体靶向药物。 本文针对具有胺基的抗肿瘤药物5 一氟尿嘧啶( 5 - - f u ) + j 草酸铂( l o h p ) 与具有羧基的氧化炭黑进行接枝合成，分析结果表明所选择接枝合成路线和合 成条件可获得目标产物，其合成方法和技术可用于其他具有胺基或羟基的抗肿 瘤药物，特别是在淋巴位置起作用的药物。 本文研究了氧化炭黑的水相分散稳定t i ，在光照1 0 天和4 0 。c 条件存放6 个月，其分散度、颗粒大小均无明显变化，具有很好的稳定性。同时还考察了 其对抗肿瘤药物的吸附能力，其结果显示氧化炭黑对于带有大量活性基团如羟 匹| 川1 人学硕士学位沧史 基和胺基类药物具有很强的吸附能力，而对活性较差的药物分子吸附效果不佳。 其结果可以用于炭黑纳米制剂吸附抗肿瘤药物，可以对不同种类的抗肿瘤药物 进行选择性吸收。 关键词：纳米炭黑硝酸氧化分散性接枝改性抗癌药物 凹川i 大学f ! ! l | 十学位论空 s t u d yo nm o d i l y i n gb yo x i d a t i o na n dg r a f t t i n gw i t h a n t i t u m o u rm e d i c i n e so nc a r b o nb l a c ks u r f a c e s p e c i a l t y ：a p p l i e dc h e m i s t r y p o s t g r a d u a t e ：x i a oy i n g s u p e r v is o r ：d a ix i a o y a n i nt h i sp a p e r , o x i d i n n gt h el l a n oc a r b o nb l a c kb yn i t r i ca c i dw a si n v e s t i g a t e d a tt h es a m et i m e ，g r a f t t i n gh y d r o x y lo nc a r b o nb l a c ks u r f a c ew i t hb e n z o p e r o x i d e ( b p o ) a st h em i t i a t o r w a ss t u d i e d ，t o o t h er e s u l t ss h o w e dt h a tal a r g en u m b e ro f o x y g e ng r o u p s ，f o ri n s t a n c ec a r b o x y l ，h y d r o x y la n dp h e n o lh y d r o x y le t c w e r e t r a n s p l a n t e do nt h ec a r b o nb l a c ks u r f a c eu n d e r g o n el o n gt i m ea tt h eh i g h c o n c e n t r a t i o no fn i t r i ca c i da n dh i 出t e m p e r a t u r e t h ed i s p e r s i v en e s so ft h et t a i i o c a r b o nb l a c km o d i f i e db yo x i d a t i o nw a si m p r o v e dr e m a r k a b l yi nw a t e r a n d ，t h e r e s u l t so fi t sp h a r m a c o l o g yt e s to nt h em i c es h o w e dt h a tn a n oc a r b o nb l a c ko x i d i z e d c a ne n t e rt h ef i r s t ，s e c o n da n dt h i r dl e v e lo ft h el y m p h sw i t h i no n em i n u t e s oi t i s g o o dt r a c ka b i l i t ya sl y m p hd y i n ga n ds h o w i n g ，a n dh o p e f u lt ob e c o m ean e w g e n e r m i o nd y i n ga n dt r a c kp h a r m a c e u t i c a li nt u r n o u tt r e a t i n g p r e v i o u sr e s e a r c hp r o v e dt h a tc a r b o nb l a c k ，a st h ed y i n ga n dt r a c kp h a r m a c c u t i c a l ，d o n tl e n dt ot h ei n f l u e n c eo fs u d d e nc h a n g e ，r e p r o d u c t i o nt o x i c i t yo rt h e c a n c e r a t i o n ，a f t e ri n j e c t i n gt ot h eh u m a nb o d y a n d ，l l a n oc a r b o nb l a c ki sp o s s e s s e d o fp e c u l i a rt a r g e ta b i l i t yb yr e a s o no fi t ss i z eb e l o n g i n gt ot h er a n g eo fc o l l o i d ，s oi t c a nb ee n g u l f e db yt h em a c r o p h a g ec e l l ，a n dr e a c hc a n c e r a t i o np o s i t i o nn o tb yb l o o d v e s s e lb u tb yl y m p h a t i cv e s s e ld i r e c t l y t h e r e f o r e ，i tw a ss t u d i e dt h a tt h el l a n o c a r b o nb l a c k so x i d i z e dw e r eu s e df o rc a r r i e ro ft a r g e tt og r a f tt w oa n t i t u m o u r 四川i 大学氓l 学位论文 m e d i c i n e s ，5 - f l u o r o u r a c i l ( 5 - f u ) a n do x a l i p l a t i n ( l o h p ) t h es y n t h e t i c a lm e t h o d c o u l db eu s e dt oo t h e ra n t i t u m o u rm e d i c i n e sw i t ha m i n eg r o u p so rh y d r o x y lg r o u p s t ot h ec a r b o nb l a c k ，e s p e c i a l l yt h em e d i c i n ew o r k i n gi nt h el y m p h p o s i t i o n t h ed i s p e r s i v es t a b i l i t yo fc a r b o nb l a c ko x i d i z e di nw a t e ri sg o o d ，w h i c hw a s p r o v e db ye x p e r i m e n t si n10d a y sw i t hl i g h to r6m o n t hw i m4 0d e g r e ec e n t i g r a d e b e s i d e s ，t h ea b i l i t yo fa b s o r b i n gm l t i t u m o u rm e d i c i n ew a si n v e s t i g a t e d t h er e s u l t s i n d i c a t e dt h a tc a r b o nb l a c ko x i d i z e dc a na b s o r bs t r o n g l ym e d i c i n ew i mal a r g e a m o u n to fa c t i v eg r o u ps u c ha sa m i n ea n dh y d r o x y l ，b u ti tw a sw o r s ew h e ni t a b s o r b e dt h em e d i c i n em o l e c u l ew i t h o u tt h ea c t i v a t i o ng r o u p s k e yw o r d ：n a n oc a r b o nb l a c k n i t r i ca c i do x i d i z a t i o n d i s p e r s i v es t a b i l i t y g r a f t i n g a n t i t u m o u rm e d i c i n e s 四川大学硕士学位论义 1 1 纳米炭用途 1 前言 炭黑作为几大基础工业原料之一，具有重要的工业使用价值。在现代工业 上，纳米炭黑主要用于橡胶补强，炭黑也作为着色剂、紫外光屏蔽剂或导电剂。 广泛用于塑料、油墨、涂料和干电池等很多行业的制品中。2 0 世纪8 0 年代初， 只本开始炭黑粒子表面改性研究，并将其用于研制高性能炭黑聚合物纳米复合 材料，如具有生物活性、光敏性的聚合物，具有正温度系数效应的导电复合材 料、电伴热带和过电流保护元件( 或称为自复式保险丝) 等热敏元件，具有电 阻一溶剂蒸汽气体湿度响应能力的汽气湿敏传感器，并可用于检测结晶聚合 物结晶结构的轻微变化【2 _ 3 1 。日本在近2 0 年对炭黑的研究比较多，主要集中在炭 黑的表面接枝改性上，也有对炭黑的医药用途的研究。炭黑本身具有吸附性能， 可以吸附抗癌药物，并且其粒径可以控制在3 0 2 0 0 n m 之间，在注入体内后，由 于其粒径属于胶体范围，大多被单核吞噬系统( 巨噬细胞) 吞噬1 4 ，到达靶向 位置，在血清中释放出吸附的药物，达到靶向治疗的效果。日本的秋原明郎等 运用此项技术进行了m m c ( 丝裂霉素c ) 1 5 - 6 1 、p e p ( 博来霉素) 【7 】、m t x ( 甲胺蝶呤) 8 1 及5 一f u ( 5 - 氟尿嘧啶) 1 9 】在纳米炭吸附的研究，并走向了临床应用。 炭黑对药物的吸附作用不是很牢靠，在到达淋巴位置的过程中会释放出一 定的药物，影响治疗部位的血药浓度。如果能够采用炭黑作为前药载体，形成 稳定的化疗前药，淋巴靶向药物会进一步得到推广。 1 2 炭黑的性质 炭黑由碳原子层面构成，每个层面由约4 0 个正六角形碳环构成，碳原子 位于正六角形的角顶点，在同一平面的碳原子各剩一个p 轨道电子( 称游离电 子) 。p 电子互相重叠，形成一个无限的二维离域n 体系，具有较高的导电性、 四，i i 大学硕j 学位论文 导热性。在炭黑的每个层面与层面之间相互位置因受到扭转和平移而没有一定 的相对关系，表现出显著的弯曲和奇特的畸变形状称为乱层结构，层面突出的 边缘是炭黑的活性点l l “。炭黑的结构、形状、表面的化学性质等决定炭黑性能 和应用所以分析表征炭黑粒子的结构和表面物化性能对深入了解炭黑、拓展炭 黑的应用有重要的意义。炭黑表面存在有机基团，氧在炭黑表面与碳原子形成 c 。o 。结构。h r b o e m 根据炭黑表面存在强酸性基团和弱酸性基团的实验事实认 为炭黑表面存在四种不同强度的酸性官能团：强酸性羧基、弱酸性羧基、酚羟基 和醌基。同时指出，若强酸性羧基和醌基相连，能共振成f 一内酯基，这一模型得 到了许多实验的证实”“。 1 3 炭黑改性现状的分析及本文的主要研究内容 炭黑本身具有很多优良的特质，不仅广泛的运用于高分子材料的填充剂舳 墨和涂料等的着色剂，还用于生命科学领域【“2 1 ”。对炭黑表面进行接枝改性已 受到人们的普遍关注。目前大部分表面接枝的研究集中于炭黑在涂料和橡胶补 强及油墨的运用，极少地利用炭黑本身的纳米性质和染色性质，进行接枝药物的 研究。同时，人们更多的注意力集中在氧化或接枝聚合后炭黑的分散性能上 去口忽 略了炭黑表面的接枝基团。一般的，氧化后的炭黑表面引入了许多含氧基团，如羧 基、羟基、硝基及羰基等，这些含氧基团是亲水性的，而且在水性体系里面易形成 氢键，提高了炭黑在水性体系的分散性能，并且某些含氧基团如羟基，羧基有很强 的反应活性，可以和很多碱性药物结合，形成比较稳定的前药。据报道【3 - 9 纳米炭 黑具有淋巴靶向性，若成功制得炭黑前药，将为炭黑的运用开辟新方向。同时为给 药时具有肝脏首过的药物降低其毒性提供了很好的给药手段。 四川大学硕士学位论文 21 炭黑的性质 2 理论部分 炭黑是橡胶补强填充剂，是仅次于生胶的第二位橡胶原材料f l 】。炭黑也作 为着色剂、紫外光屏蔽裔i j 或导电剂。广泛用于塑料、油墨、涂料和干电池等很 多行业的制品中。根据世界范围的统计，橡胶用炭黑耗用量占炭黑总量的8 9 5 ，其中轮胎用占6 7 5 ，非轮胎汽车橡胶制品用占9 5 ，其他橡胶制品用 占1 2 5 。菲橡胶用炭黑占1 0 5 ，其中油墨和涂料用占4 7 ，塑料用占 4 5 ，其余的1 3 用于干电池、电子元件和造纸等方面。 对炭黑的微观结构人们做了大量研究工作1 1 2 - 1 3 l 。沃伦( w a r r e n ) 首先使用x 射线衍射方法研究炭黑粒子内部结构，提出炭黑是由微小的平行排列的石墨层 构成的，在石墨层内碳原子也位于对称的六角形平面上，构成二维有序的层平 面( 总面) 的网状排列，紧接着富三克林、拉斯顿及沃伦等人发展了x 衍射理论， 并详细研究了不同的炭黑，结果表明，炭黑x 射线衍射图形由三维和二维反射 构成，层平面六角形排列的原子间距正是石墨的间距( o 1 4 2 n m ) 。这样的层平面 排成3 5 层( 乙炔炭黑6 。7 层之间) ，平行层间距比石墨中对应的间距要大些，石 墨的为o 3 3 5 n m ，炭黑通常在o 3 4 8 03 5 6 n m 之间，依炭黑的品种不同而异。 这些层平面大致是平行等距的，但也存在扭曲和某一层插在某二层之间的无序 堆积状态，炭黑的这种排列状态称为“乱层结构”。如图2 一l 所示。 叫川大学硕i 。学位论义 l 脚 ；星 ：磷 图2 1 炭黑微晶的乱层结构 f i 9 2 - 1m e s s y l a y e r o fs u u c m r e o f c a r b o nb l a c k m i c r o c r y s t a l l i t e 炭黑主要是由碳元素构成的，含碳量为9 0 一9 9 左右。也含有少量的 氧、氢、氮和硫等元素。这些元素主要来自于炭黑的原料，在炭黑生成及后部 氧化时被带入炭黑中，除少量氢存在于炭黑粒子内部外，多数的“杂原子”键 合在炭黑的粒子表面，形成不同的官能团。 ( 1 ) 碳一氧表面基团 在炭黑粒子表面上，生成的含氧基团是最重要的表面基团，它影响着炭黑 的理化性能，如湿润性、催化活性以及电化学性能。这些含氧基团分为酸性氧 化物、碱性氧化物和中性氧化物三类。当碳与氧在温度达4 0 0 。c 时处理或者在 室温碳与氧化溶液接触，则生成酸性氧化物。这些表面基团的热稳定性较差， 在3 0 0 8 0 0 的情性气氛中或真空条件下热处理时便会分解，析出c o t 和水蒸 气。这些酸性表面基团主要为羧基、酚羟基、醌基内酯基或c o 。凝结层，酸性 主要来源于羧基。炭黑在氧气中表面呈现极性。 ( 2 ) 碳一氢表面基团 氢是以化学吸附水、部分羟基、酚基和氢醌基团的方式存在于炭黑中，此 p _ q 川大学硕士学位论文 外，也有少量的氢原子直接键合在碳原子上，构成c h 键。元素分析炭黑中氢 含量在0 叭一0 7 ( 质量分数) 范围内。炉法炭黑中，氢含量有随炭黑比表 面积降低而增加的趋势。炭黑中的氢集中分布在碳的表面上，仅有少量位于碳 的晶格内。 ( 3 ) 其他化学官能团 除氧和氢以外，炭黑中也存在其他元素与碳形成官能团。这些元素有的是 炭黑原料如油和气带入的，有的则是炭黑后处理时形成的。 利用炭黑表面的基团可以完成很多化学反应，坪川纪夫等人1 4 1 研究了利用 炭黑表面的一o h 和一c 0 0 h 进行反应，得到一些可供聚合反应的反应性基团。( 图 2 2 图2 4 ) ) 卫 h 】o 】 h n o ；h 2 s o c h p o i l r - c t t a l c l 3 r - c h 2 0 h b p o h o o c r - n = n - r - c c o h ：e ，p 一鞭j n - b u l 矿1 1 虹d a 卜c o o w o h ) 峨 lr e 缸c e 。 ) 恍 ) 邺“ ) s 洲刚 ) 眦。o h c h ，c 1 ) 。f c 囝 0 一扣u 图2 _ 2 利用炭黑表面一h 制备活性炭黑的途径 f i g2 - 2t h ew a yo f p r e p a r i n ga c t i v ec a r b o nb l a c kb y ho fc a r b o nb l a c ks u r f a c e 心川大学硕士学位论文 c b o h o c n r - n c 0 图2 3 利用炭黑表面- o h 制备活性炭黑的途径 o f i g2 - 3t h ew a yo f p r e p a r i n ga c t i v ec a r b o nb l a c kb y 0 ho f c a r b o nb l a c ks u r f a c e 6 凹川大学硕士学位论文 c b 。c 0 0 h s o c 2 。l u l l a g c i ( ) _ a g s b f 6 h 2 n - r n h 2 h 0 一r n n r s o o c ( c h 3 ) 3 。 一 n a n 3 h o 、r 一 k o h o c n r - _ n c o 。r r r ( a 佣2 c 飞7 m f 飞户书 卜i 一弋1 1 j u r 1 rr r 图2 - 4 利用炭黑表面一o o o h 制备活性炭黑的途径 f i g2 - 4t h ew a yo f p r e p a r i n ga c t i v ec a r b o nb l a c kb y - ho f c a r b o nb l a c ks u r f a c e 炭黑中各个官能团的化学鉴别方法如下表2 1 。 7 - 四川人学硕士学位论义 表2 1 炭黑表面基团的分析 1 5 i t a b2 - 1t h ea n a l y s eo f c a r b o nb l a c kf u n c t i o ng r o u p s 反应物或! 互应方式 鉴定反应时e 圩瞩教基 碱( k o h 、n a ( ) h 等)r c f xj h + n 且( ) h 一一r f r x ) n a h 1 0 n a 2 c ( ) 2 r c o o h n a ? c 0 3 2 r c c x ) n a + c o a 4 - h z o n a , h c o j r c ( y o l q 十n h c o ，- r c ( ) o n a + “) ，十h 2 ( 1 己醇饷 r “糊中e l i ，c 0 ( ) 一r c o o n a + c h 3 c ( x m 格利稚试剂rcfx)hch，mgr c ( x ) 1 一一【：心 量氯甲烷 r c f ) 0 h4 - c h z n 2 - - - r c ( x ) c h ，4 - n ? l i a l h 4 r c o o h 十3 1 ，l a i h _ 十l a i ( c h ：o r ) l 斗2 1 i a l 0 汁4 h ： 氯化酰差 r o ( x ) h 十s o c l 2 一r c o 丑；s f 瑰+ h c i 虢酸二甲醢2 r - - c ( x ) l t + s 0 2 ( o c r ) 2 2 r c 【耽h + h z s 0 热分解 r - - - c o o h 二三唑竺r h 十t x k 精蔫 格利椎试荆 r n tc h a m g - 一r ( ) m g i + c h t 氰甲烷 r 一 稍c k lz n i r r ) ( = h j + n z l ，i a l h 4 r 一o h + i 1 a i n 一l i a r o r ) v l a a g ht4 嘞 苯酰化硝基氯苯 r ( ) h 卜n f ) f ( c 。i t , ) c 0 ( + r ( ) ( c ( ) ) ( c b h j ) n 魄+ h “ 硫酸二甲硫n o h + s ( k ( ( x ：h 3 ) r 一r 0 c h 3 + 疆b ( o h ) o c h 3 热分懈r 嘲翌r i i + c x 3 t 氍基 1 氮甲按 爿) c h r n r 一 o h 僻化钮化 e ( ) + 卜f 一 一【) h n a b 风： - - o + n a b h i 十h j ( 一， o h n u l 3 0 2 l i a i h ， 韵 s n + 羟胺 热分解 氟 l i a i h ) o4 - l | l h 一 ( ) h 十b 4 - 3 a ) r ) o 叶- n h ( ) 一t i = - - ( ，+ s 一+ 一 o “+ s 一+ _ o + n h o 一 一n f ) h4 - f i f o o 二! 型m o 内酯基 = 一) 4 - n h ： c ( o n h i t f ) ( 在甲醇中) ) h 1 b 一；二髻硼 p u a l h ；1 焉； ) k 埘 _ ( 1 8 r 四j i j 大学坝士学位论文 2 2 纳米炭黑氧化方法的原理及意义 炭黑的改性有很多种方法，其中有炭黑接枝高聚物改性和炭黑氧化改性。 本文着重介绍一下炭黑氧化。 炭黑氧化 正常生产的炭黑存放时、由于与氧气和水蒸气接触发生缓慢自然氧化，这 种现象在炭黑新生产的头三个月内较为明显，以后比较稳定。自然氧化的结果 使炭黑表面高活性吸附点减少，表面复合物增加，炭黑吸碘值和p h 值稍有降低。 本文所提的炭黑氧化是指为改善炭黑的某种性能以满足不同使用需要或研 究目的进行的氧化。炭黑氧化方法通常分为两类：气相氧化和液相氧化。 炭黑上的有机官能团作为活性中心，支撑着炭黑的表面理化性质，其中含 氧官能团为表面改性的中心。氧化法改性是利用氧化剂在适当的条件下对炭黑 进行氧化处理，从而提高表面含氧基团如羧基( 一c o o h ) 、羟基( 一o h ) 、羰基、 内酯基、酚和醚等的含量，增强其亲水性和表面极性。氧化的程度及在氧化过 程中产生的表面官能团种类取决于许多因素，如炭黑对氧化剂的化学吸附性、 氧化温度、氧化时间以及炭黑的化学组成、表面性质和孔结构等。0 6 1 ( 1 ) 炭黑的气相氧化 为了改善炭黑在涂料或油墨中的性能，常常应用所谓热空气氧化的方法进 行处理。此法是在一定的温度下，让空气与炭黑接触进行氧化。为了使炭黑与 加热的氧气充分反应，可以用沸腾床进行热氧化处理。实验证明，用空气热氧 化处理炭黑时、处理温度一般不要超过着火点，以避免发生燃烧使炭黑过多损 失，或氧化过度使炭黑表面粗糙多孔反而不利于在涂料或油墨中的应用。 臭氧氧化炭黑气相氧化的主要方法，具有氧化条件温和、炭黑损失少、工艺 容易实现等优点。臭氧是种极强的氧化剂，氧化还原电势在水中为e = 一2 0 7 v ，比氧( 一2 8 v ) 高。氧化用的臭氧是在臭氧发生器采用高压放电或电晕 放电的原理，使通过的干燥空气中氧电离，并形成臭氧。含臭氧的空气通入沸 腾床或卷筒式氧化装置与炭黑充分接触使炭黑氧化。氧化的深度取决于混合气 体和臭氧的浓度、接触时间等因素。 ( 2 ) 炭黑的液相氧化 炭黑也可以用各种强氧化剂溶液，如硝酸、过氧化氢、高锰酸钾、次氯酸 四川大学帧j i 学位论文 钠和溴水等，进行液相氧化。炭黑液孝h 氧化时产生：二氧化碳，并在炭黑粒子 表面上生成氧化基团。这些基因主要是羰基、羟基和羧基。此外，还生成降解 产物可溶性酸。 硝酸氧化用硝酸溶液氧化处理炭黑是液相氧化的典型代表，当炭黑与硝 酸溶液作用时，粒子表面受到氧化，生成降解产物和二氧化碳。降解生成物是 一些芳香族多元酸，称石墨酸。氧化的温度、时间、硝酸溶液浓度以及与炭黑 比例对氧化结果都有影响，用硝酸氧化可使吸油值、吸碘值、p h 值降低，挥发 分和羧基含量增加，而粒径则无大的变化。用硝酸氧化可达到臭氧氧化的效 果甚至在色相等方向有更好的效果。 用溴水、过氧化氢的酸性溶液氧化处理也可以达到使炭黑亲水的目的，并 能改善其在基料中的性能。 2 3 纳米物质在医学上的用途 纳米物质的研究和生命科学的结合，使人类在疾病诊断、治疗等方面获得 了新的认识和途径。纳米技术是一个新的交叉边缘领域，许多新理论将有待探 索和发现。纳米技术用于药物方面的研究是药物研究的一个很有生命力的新方 向，由于药物本身或其载体为纳米粒，故具有一些特别的性质，如改善药物的 溶解速率，增强药物的靶向性、缓释性、可控性。低毒性及智能性等，这就是 纳米药物引起广泛关注和兴趣的原因所在【1 7 l 。 纳米粒的靶向特性 纳米药物载体与药物复合可以制成载药纳米粒，载药纳米粒系靶向特性是 生物体对纳米粒的一种特殊的吸收方式。其特点在于其能克服药物在体内输送 过程中所遇到的各种生理屏障，将药物送到一定的靶位：由于隔绝作用，纳 米药物载体可减缓或消除体液中的酸、碱和盐和其他生化因子对包封于载体内 的药物的作用，从而克服体内的“物理化学屏障”，防止药物在进入靶点以前被 完全代谢。控制纳米药物载体的尺寸，可克服体内的“物理屏障”，使药物有 针对性的输入到靶向器官或组织的毛细血管中，并通过毛细血管上的孔隙进入 器官或组织。利用纳米药物载体表面积大、界面活性高的特点，对其表面进 行改性，可避免被体内的免疫系统辨识、吞噬、克服体内的“生物屏障”。对纳 四川人学硕士学位论文 米药物载体表面进行改性，可提高靶细胞的辨识，穿越上述物理屏障。 纳米药物载体的靶向性能可根据其在体内的转运方式分为：被动靶向， 即自然靶向。纳米药物载体通过正常的生理过程，从毛细血管渗漏到靶器官或 发生癌变、炎症的部位，或者被肝、脾和骨髓等器官中的网状内皮系统吸收。 主动靶向。表面经亲水性修饰的药物载体能不被单核吞噬系统识别，或连接 有特定的配体，可与靶细胞的受体结合。物理靶向。应用温度p h 值或磁场 等外力将药物载体导向特定部位。 根据纳米药物载体靶向的层级，可将其分为：一级靶向。以组织或器官 为靶向，常见于化学合成药物体系。二级靶向，以特定的细胞为靶向，使药 物在进入靶向组织或器官后，进一步穿过细胞膜进入靶向细胞中。三级靶向。 常见于基因治疗，即以特定细胞中的特定细胞器或物质为靶向。 影响靶向的主要因素：纳米药物载体的粒径；纳米药物载体的表面电荷； 纳米药物载体的表面疏水性质；纳米药物载体的结构和组成。其中，药物载体 的粒径与靶向有密切关系。原因是不同粒径的载体在生物体内具有不同的穿透 能力，可在体内到达不同的部位，大致上有如下规律： d 5 0 n m 时，纳米药物载体能透过肝脏内皮或者通过淋巴传递到脾和骨髓， 也能到达肿瘤组织。 5 0 n m d l o o n m ，纳米药物载体能进入肝实质细胞； l o o n m d 1 2ui n 时，药物载体可阻滞于毛细血管床，到达肝或肾荷瘤器官中。 长期以来，人们一直努力寻求有效办法，使药物能够高选择性分布于其作用 靶部位，以增强疗效，降低药物不良反应。药学工作者在此领域已进行了大 量的尝试，获得许多药物靶向输送的方法，包括化学方法、生物方法以及物 理化学方法。例如，对活性药物进行结构修饰得到的前体药物，浓集于靶部 位并代谢为活性化合物。明确辨别靶组织和非靶组织对前体药物是非常重要 的，有一些就是利用靶组织病理生理条件( 如d h 值、酶含量等) 的不同来 识别，然而，许多情况下有效辨别并非易事。 纳米技术在药学领域的应用使药物靶向输送研究获得了突破性进展。载 四川大学碗i j 学位论文 药纳米颗粒在体内可通过被动靶向、主动靶向、物理靶向等方式高选择性分 伟于特定的器官、组织、细胞，甚至细胞内结构，改变原型药物的体内分布 特征。 2 4 本课题的目的及内容 至今为止，人们对炭黑的研究比较深入且系统，其中对炭黑的改性及研究 可分为几大类：1 、在炭黑表面引入聚合物而改变其性能。2 、通过氧化的方法 改变其表面性质。3 、利用炭黑的吸附性能，对药物进行吸附，注入体内进行肿 瘤治疗。 炭黑的很多研究是为了观察分析炭黑内外表面结构t l s - 2 v j 。很少的报道是为 了得到苯六甲酸这样的产品【5 8 i 并用于淋巴示踪的药物的1 2 8 2 9 i 。根据报道，在这 些研究中形成的芳香族化合物的平均分子量在4 0 0 以上，a k a m a t s u 3 0 l 的研究报 道中指出，在磷酸中和重铬酸钾氧化后，炭黑和石墨以微晶的形式分散于溶液 中。这些结果都说明了炭黑氧化后生成了太分子尺寸的多核芳香烃化合物。同 时，f u j i i i ”j 采用硫酸和硝酸的混合氧化中间相沥青得到氧化多核芳香烃化合物， 名为“水合中间相”。m i w a h j o e d i 【矧首先提出通过滴定分析，红外光谱分析、元 素分析、电泳分析、t g a 及电镜来测定水合中问相的性质。日本的k a t s u m i k a m e g a w a 2 8 - 2 9 对硝酸氧化炭黑作了系列研究，得到了芳香族化合物因存在疏水 和亲水部分的独特的结构排列而有特别的界面性质。 除了硝酸和磷酸等液相氧化剂外，还有气相的氧化法和等离子氧化法。总 体来说，后面的几种方法的氧化率都不高。k c o l o m a t ”j 利用双氧水对炭黑进行 氧化，用温度程控解吸装置( t p d ) 来检测其表面的含氧量，其原理是由低温 升至高温检测氧化炭黑上解吸下来的c o 和c 0 2 的量。结果表明用双氧水可以 引入一定量的氧，并且可以提高炭黑的催化能力。但并未指出其具体所引入的 氧的比率。j t r a w c z y n s k i t 圳也进行了双氧水和硝酸对炭黑氧化的研究，其结果 表明双氧水氧化后的炭黑无酸性基团而硝酸氧化的炭黑表面引入了酸性基团， 并用n a o h 、n a h c 0 3 、n a 2 c 0 3 对其表面基团进行了酸碱滴定，证实了表面引 入了一定的羧基、羰基和羟基。硝酸氧化后的总酸性为o 2 5 m m o l n h 3 9 。 t t e r a n i s h i 35 】在炭黑的硝酸氧化后发现无羧基和羰基峰。r h b r a d l e y r 3 6 1 采用了 四川大学倾十学位论文 臭氧氧化炭黑，其元素分析显示引入部分氧，最高达6 7 。x uc h e n 3 7 1 等也利 用空气和臭氧氧化炭黑，其x p s 的结果显示空气氧化使其比表面的含氧量变为 原来的73 倍，臭氧处理后的表面含氧量是以前的1 0 倍，同时。红外光谱也表 明引入了羰基和羧基。 采用等离子方法对炭黑的表面进行改性是最近十几年才开始兴盛起来的。 它本身没有反应后的分离操作，其仅针对炭黑表面进行改性，对骨架的影响小。 具有很好的前景，但从目前报道的研究结果来看，其表面引入的氧并不多。x u l i t 3 8 1 采用射频放电等离子方法用0 2 埘炭黑表面进行改性，用x p s 检测其表面 官能团，炭黑表面氧和碳的最大比率为o 1 6 。s o o j i n p m - k 3 9 l 也采用射频放电等 离子方法用0 2 对炭黑表面改性，x p s 的检测结果：表面氧和碳的最大比率为 5 3 l 。改性后的炭黑增强了电势和吸附能力。 以往的研究资料表明，纳米炭黑在注入人体后作示踪剂不会产生致突变、 生殖毒性或致癌变的影响。日本的秋原明郎【4 5 】还利用毫微粒活性炭( 也即炭 黑) 对药物进行吸附，并制成制剂。毫微粒活性炭具有优越的淋巴趋向性。原 因可能是由于淋巴管壁与血管壁之间存在着结构上的差异所造成的m5 “5 2 1 。毛 细血管的内皮层由单层柱状上皮细胞构成且排列紧密，而淋巴管壁在显微结构 上与血管壁相似，但其内皮细胞问的连接是比较疏松的，因此，毫微粒活性炭可 以进入淋巴管而不能进入血管。这种制剂不仅表现出优良的淋巴靶向性、较高 的局部滞留性、对肿瘤表面的附着性、较小的毒性和更强的抗肿瘤效果，达到 延长寿命的效果。但是用炭黑吸附药物因为存在吸附过程的平衡，在进入体内 后有部分药物会解吸附，在炭黑未到达淋巴位置时脱离下来进入血液中，因此 不能彻底地解决药物毒性的问题。另外，炭黑的药物吸附量总是受环境药物浓 度的影响，在量上有局限，并且也不能全部释放出来。如果采用化学方法将抗 肿瘤药物接枝到纳米炭黑上，在体内酶的解离作用下释放出来，不仅具有炭黑 吸附肿瘤药物的优点还能克服炭黑吸附药物的吸附量少及不稳定的缺点，极大 限度地降低抗肿瘤药物对人体的毒性。 因此，采用一种比较成熟的方法得到具有表面活性的炭黑，并在其表面接 枝上抗肿瘤药物就是一个非常有意义的研究工作。作者的论文主要叙述的就是 如上的研究工作。 四川i 大学坝【学位论史 3 纳米炭接枝改性的实施方案 近几年来，国内外开展了大量研究工作，通过各种方法对炭黑进行改性，以减 少炭黑粒子间的动结合力，或提高炭黑粒子与分散基质的亲和力。已报道的方法 有氧化法，接枝法，表面活性剂处理和等离子体溅射法。 由于氧化法具有简单，方便，且容易实现的优点，作者采用了硝酸浅度氧化，自 由基接枝形成羟甲基及硝酸的深度氧化等在炭黑表面引入羧基，羟基，羟甲基等， 以期改变炭黑在水性体系的分散性能，并进一步为炭黑前药的开发奠定基础a 3 1 试剂、药品和仪器 表3 1 试剂和药品 t 曲3 1r e d u c t a n t sa n dm e d i c i n e s 四川大学硕上学位论文 n ，n 一二二环乙基碳酰亚胺 甲基硅胺烷 i 甲基氯硅烷 t h f 哑甲基兰 草酸铂 顺铂 5 一f u $ o c l ? 阿霉素d o x o r u b i c i n 氯纺 四氯化碳 双氧水 甲酸 过氧化苯甲酰 氯化钠注射液 石油醚 硝酸银 二乙胺 实验试剂l r 分析纯a r 化学纯 分析纯 指示剂 注射用草酸铂 注射用顺铂 分析纯 注射用盐酸多柔比 星 分析纯 分析纯 3 0 分析纯 分析纯 分析纯 分析纯 分析纯 分析纯 同药集团化学试剂有限公司 国药集团化学试荆有限公司 中国医药集团上海化学试剂公司 大津市博迪化工有限公司 天津市四通化工厂 齐鲁制药有限公司 齐鲁制药有限公司 浙江海正药业股份有限公司 天津博迪化工有限公司 浙江海正药业股份有限公司 天津博迪 天津市博迪化工有限公司 天津市博迪化工有限公司 天津市博迪化工有限公司 江苏省台州市有机化工厂 德阳华康药业有限公司 天津市博迪化工有限公司 上海试剂一厂 天津市博迪化工有限公司 二甲氨基吡啶 爱斯特( 成都) 医药技术有限公司 凹j i i 大学坝士学位论文 表3 2 实验及测试所用仪器 t a b 3 - 2l n s l r u m e n to f e x p e r i m e n t 四j i i 大学硕士学位论文 3 2 炭黑改性的试验方案 3 2 1 炭黑的硝酸浅度氧化方案 15 0 m l 3 9 1 h n 0 3 5 9 炭黑p转移至三口瓶 搅拌2 h 反应2 h 冷凝加热 回流 ，滤液 冷却后i j 过滤i l 二次水反复洗 离心 滤饼+ 至洗脱液p h 值为4 6 ：质卫吲 32 2 自由基接枝形成羟甲基方案 4 0 m l 甲醇1 ，o g 炭黑 通入n 2 ，开冷凝水三口瓶l l o g b p o 搅拌 5 0 匡鏖! ! ! 整鎏，窒壁望矍墅堡娶：生1 0 产品c b z 2 4 h 3 2 3 原料炭黑的硝酸深度氧化方案 取5 9 炭黑和2 0 0 r a l 硝酸( 6 7 ，w w ) 置于三口瓶中，在搅拌条件下，1 0 0 。c 反应1 0 0 h ，用氢氧化钠吸收尾气。将反应产物离心分离，分成可溶和不可溶 物质，可溶部分用旋转蒸发仪浓缩，浓缩后继续加水洗，直至洗脱液p h 值为7 。 四川大学劬士学位论文 不可溶部分继续用水洗，然后离心分离为第二次可溶物和不可溶物质，将不可 溶部分继续用水洗，分离，合并第二次及后几次的可溶部分，用旋转蒸发仪浓 缩，1 5 0 。c 干燥1 0 h ，得到产物c b o 。最终的不可溶物质同样1 5 0 。c 干燥1 0 h 得 到产物c b i ，备用。 四川大学顺士学位论文 4 硝酸氧化结果的讨论 4 1 硝酸与炭黑配比对反应结果的影响 表4 1 硝酸与炭黑配比对反应结果的影响 t a b4 - 】t h ee f f e c to f t h er e s u l tb yr a t i oo f t h en i t r i ca c i da n dc a r b o nb l a c k 注：表中的棕红色的物质为降解的腐植酸，黑色的物质为带有羟基和羧基的氧化炭黑。 由表4 1 的结果可以看出，炭黑和硝酸的投料比直接影响了氧化炭黑产 量和质量。在炭黑和硝酸投料比为5 ：1 2 5 ( w w ) 时，氧化炭黑的产率和质量最 高。因此实验条件可选定为炭黑和硝酸投料比为5 ：1 2 5 ( w w ) 。 4 2 反应温度对反应结果的影响 表4 2 反应温度对反应结果的影响 t a b4 - 2t h ee f f e c to f r e s u l tb yt h er e a c t i o nt e m p e r a t u r e 温度( )总产率( ) 产率( 颜色) 棕红色( ) 黑色( ) 9 0 6 001 0 0 5 0 0 9 5 9 6 02 0 。0 7 6 0 1 0 0 9 9 02 5 0 7 4 0 表4 - - 2 显示的是反应温度对炭黑氧化反应的反映结果的影响。由表2 5 的 四川大学坝士学位论文 结果可以看出，反应温度达到1 0 0 。c ，带来更多过氧化物质，要得到比较适宜 的反应结果，必须保证其反应产率和质量。因此，从上表的结果来看，反应温 度控制在9 5 。c 左右是最佳的。 4 3 反应时间对反应结果的影响 表4 3 反应时间对反应结果的影响 t a b4 - 3t h ee f f e c to f r e s u l tb yt h er e a c t i o nt i m e 时间t ( h )产率( ) 5 0 7 5 1 0 0 1 0 5 2 0 o 3 6 0 9 5 o 9 6 0 注：表中的产率一项为总产率，因为所得结果是在反应总时间中的不同时间段所取出 的产品，量少未分离。 表4 3 是反应时间对炭黑氧化反应的反应结果的影响。由此表可以看出， 炭黑的产率随时间的增加而增加，在1 0 0 小时后，反应产率变化不明显，因此， 采用1 0 0 小时的反应比较理想。 由上面的结果可以看出，深度硝酸氧化的反应条件应该控制为：炭黑和硝 酸投料比为5 ：1 2 5 ( w w ) ，反应温度控制在9 5