（材料加工工程专业论文）磁靶向药物载体的制备及性能研究.pdf

预士论文磁靶向药物载体的制备及性能研究 摘要 本文针对磁靶向给药系统的磁性药物载体微球进行了研究。 首先采用低热固相法制备了球形磁性纳米粒子钻铁氧体。接着以钴铁氧体作为磁 核，生物可降解材料壳聚糖作为骨架物质，制得了磁性壳聚糖微球。借助取、s e m 、 x r d 、t g - d s c 、t e m 、v s m 以及b e t 等测试手段对其结构和性能进行了表征。结 果表明所割碍的钴铁氧体具有粒径小、分布窄、磁性强、分散性好等特性，满足了作 为药物载体中磁核的要求；磁性壳聚糖微球的成球性较好，粒径均匀，具有较好的磁 响应性，磁性物质含量符合要求； 其次利用强络合剂e d t a ，分别采用化学法及生物法对磁性壳聚糖微球表面进行 改性，测试结果显示微球表面连接上了大量活性羧基，且微球仍然球形完整，磁响应 性基本不变； 最后以c u 2 + 、n i 2 + 和c 0 2 + 离子作为模型，比较研究了e d t a 改性前后磁性壳聚 糖的吸附性能。结果表明，磁性壳聚糖改性后吸附性能大大提高，为以后进行放射性 核素负载奠定了良好基础。 关键词：磁靶向药物载体，钴铁氧体，磁性壳聚糖微球，e d t a 改性 磁性壳聚糖微球，离子吸附 硕士论文磁靶向药物载体的制各及性能研究 a b s t r a c t t h em a g n e t i ct a r g e t i n gd r u gc a r r i e r si nm a g n e t i ct a r g e t i n gd r u gd e l i v e r ys y s t e m ( m t d d s ) w e r es t u d i e d f i r s t l y , c of e r r i t en a n o p a r t i c l e sw e r ep r e p a r e dw i t ht h em e t h o do fs o l i d s t a t er e a c t i o n m a g n e t i cc h i t o s a nm i c r o s p h e r e sw i t hc of e r r i t ea st h ec o r ew e r ea c h i e v e db yc h e m i c a l c r o s s l i n km e t h o du s i n gf e r r i t e n a n o p a r t i c l e sa n dc h i t o s a n t h em i c r o s l n 圯t u r ea n d p r o p e r t i e sw e r ec h a r a c t e r i z e db yi r ，s e m ，x r d ，t g - d s c ，t e ma n dv s m t h er e s u l t s i n d i c a t e dt h a ts y m m e t r i c a ls i z ed i s t r i b u t i n gc of e r r i t en a n o p a r t i c l e sw i t hs m a l ld i a m e t e r a n ds t r o n gm a g n e t i s mw e r ep r e p a r e d t h em e g n e t i cc h i t o s a nm i c r o s p h e r e sh a d g o o ds h a p e ， n a r r o ws i z ed i s t r i b u t i o na n dg o o dm a g n e t i s m s e c o n d l y , e d t a w a sc h o s e nt od e c o r a t et h es u r f a c eo f t h em e g n e t i cc h i t o s a nm i c r o s p h e r e s w i mc h e m i c a lm e t h o da n db i o l o g i c a lm e t h o dr e s p e c t i v e l y t h et e s t i n gr e s u l t ss h o w e dt h a t ar e s p e c t a b l es l i mo fc a r b o x y lw a sl i n k e dt ot h es u r f a c e ，a n dt h em i c r o s p h e r e sm a i n t a i n e d t h e i rg o o ds h a p ea n de n o u g hm a g n e t i s m t h i r d l y , t h ea b s o r p t i o nc a p a c i t yo ft h ep r e a n da f t e rd e c o r a t e dm i c r o s p h e r e sw e r es t u d i e d s e t t i n gc u 2 + 、n i 2 + a n dc 0 2 + 船t h em o d e li o n s t h er e s u r ss h o w e dt h a tt h ea b s o r p t i o n c a p a c i t yo ft h em e g n e t i cc h i t o s a nm i c r o s p h e r e sw a se v i d e n t l yi m p r o v e db ye d t a d e c o r a t i n g k e y w o r d s ：m a g n e t i ct a r g e t i n gd r u gc a r r i e r s ，c of e r r i t e ，m e g n e t i cc h i t o s a n m i c r o s p h e r e s ，e d t a m e g n e t i cc h i t o s a nm i c r o s p h e r e s ，i o n sa b s o r p t i o n 声明 本学位论文是我在导师的指导下取得的研究成果，尽我所知，在本 学位论文中，除了加以标注和致谢的部分外，不包含其他人已经发表或 公布过的研究成果，也不包含我为获得任何教育机构的学位或学历而使 用过的材料。与我一同工作的同事对本学位论文做出的贡献均已在论文 中作了明确的说明。 研究生签名：年月日 学位论文使用授权声明 南京理工大学有权保存本学位论文的电子和纸质文档，可以借阅或 上网公布本学位论文的部分或全部内容，可以向有关部门或机构送交并 授权其保存、借阅或上网公布本学位论文的部分或全部内容。对于保密 论文，按保密的有关规定和程序处理。 研究生签名年月 曰 预士论文 磁靶向药物载体的制各及性能研究 1 绪论 以药物的形式及效能的发挥为特点，可将给药系统分为四代：第一代为膏丹丸散； 第二代为片剂、注射剂以及气雾剂等；第三代则为控释给药系统；第四代靶向给药系 统。靶向给药系统是药物的一种新剂型1 1 】o 1 1 靶向给药系统 靶向给药系统( t a r g e t i n gd r u gd e l i v e r ys y s t e m ，t d d s ) 或称靶向制剂，诞生于2 0 世纪7 0 年代，是指药物通过局部或全身血液循环而浓集定位于靶组织、靶器官、靶细 胞的给药系统，是药物运转系统( d r u gd e l i v e r ys y s t e m s ，d d s ) 理念的具体体现。这种 制剂能将药品运送到靶器官或靶细胞，而正常部位几乎不受药物的影响。靶向制剂最 初指狭义的抗癌制剂，随着研究的逐步深入，研究领域不断拓宽，从给药的途径、靶 向的专一性及特效性方面均有突破性的进展，靶向制剂已发展成指一切具有靶向性的 制剂1 2 。 1 1 1 靶向给药制剂的特点 靶向制剂与普通制剂和缓控释制剂相比，具有以下优点：靶向性：药物最大限 度集中于靶区，使治疗药物在靶区浓度超出传统制剂的数倍乃至数百倍；减少用药 剂量；提高疗效：减少药物的毒副作用【2 】。 1 1 1 1 靶向给药制剂的特征 理想的靶f 甸给药系统应具备定位蓄积、控制释药、无毒和可生物降解这4 个要素。 因此，靶向药物的载体系统至关重要，它应具备以下特点【3 卅：颗粒小，能在循环中 通过毛细血管到达靶部位；载体能够较好地负载药物，使药物的载药量足够高，以满 足在靶区的治疗浓度；经过外包装的药物在靶位点释放，仍应具有足够的生物学活性： 能够定位于靶位点；有足够的循环半衰期以确保到达靶部位；载体的生物相容性好， 其降解产物能被机体清除或对机体无害；抗原性小，热源性小，不易形成血栓。 药物载体的粒径与靶向有密切的关系。原因是不同粒径的载体在生物体内具有不 同的穿透能力，可以达到体内不同的部位，大致有以下规律：这种靶向性主要是通过 大量实验观察到的i s - m j 。 - 1 ) 小于5 0 r i m 的微粒能透过肝脏内皮细胞，或者通过淋巴传递到达脾和骨髓。 5 0 n m 1 0 0 n m 的微粒系统能进入肝实质细胞中。 硕士论文磁靶向药物载体的制备及性能研究 3 ) o ，l o 2 蝉l 的微粒系统很快被网状内皮系统( r e s ) 的巨噬细胞从血液中清 除，最终达到肝脏的溶酶体中。 4 ) 静脉注射7 1 2 t u n 的微粒可被肺机械滤阻而摄取。 5 ) 大于1 2 1 t i n 的微粒可阻滞于毛细血管床，到达肝或肾和肿瘤器官中。但这种 特征也不是绝对的，还取决于载体表面电荷、表面疏水性和表面吸附大分子及它的配 方和种类1 1 6 1 。 1 1 1 2 靶向给药制剂的释药特点 靶向制剂在体内的释药特点是区别传统制剂、评价靶向制剂的重要指标，也是研 究的重点和难点。通常的手段是给动物模型注射同位素标记药物，按设计时间处死动 物，分离动物的各组织器官，测定同位素放射强度，推论各部分药物的吸收、分布、 代谢情况，将数据用微机模拟处理，可以褥出药物的体内情况的模型【1 7 l 。 t d d s 理想情况应该是，进人体内后大多数迅速到达靶区，在到达靶区前尽可能 少地释放药物。到达靶区后迅速释放药物达到有效药物浓度。同时，t d d s 释放药物 应尽可能平衡而持久，在动力学上应是优美的零级释放。 1 1 2 靶向给药制剂的类型 靶向给药系统主要分类 1 8 之1 】有以下几种，靶向制剂的分类有多种依据，各类型互 相交叉： ( 1 ) 按给药途径可分为口服靶向制剂、注射给药靶向制剂、经皮给药靶向制剂及 植入靶向制剂。 ( 2 ) 按靶向源动力类型分：可分为主动靶向制剂( 靶向给药系统主动寻找靶区) 、 被动靶向制剂( 靶向给药系统被动地被选择摄取到靶区) 和前体靶向药物。 ( 3 ) 按靶向性机理类型分：可分为生物物理靶向制剂、生物化学靶向制剂、生物 免疫靶向制剂和双重、多重靶向制剂等。 m 按靶区可分为肝靶向制剂、肺靶向制剂、淋巴靶向制剂、骨髓靶向制剂、结 肠靶向制剂等。 ( 5 ) 按载体的形态和类型分：可分为微球剂幡1 7 】、毫微粒剂、脂质体1 2 2 - 2 3 1 、包合 物、单克隆抗体偶联物等。 1 2 磁靶向给药系统 磁靶向给药系统( m a g n e t i ct a r g e t i n gd r u gd e l i v e r ys y s t e m ，m t d d s ) 是近年来国 态外研究较多的一种新型靶向绘药系统，通常由磁性材料、载体材料、药物( 主要是 抗肿瘤药物或某些诊断试剂) 及其它辅料组成似】，可通过静脉、动脉导管、口服或注 射等途径给药。m t d d s 系将药物与磁性物质通过适当的载体制成稳定体系，在足够 2 硕士论文磁靶向药物载体的制备及性能研究 强的外磁场作用下，使药物在体内定向移动、定位浓集并释放，从而集中在病变部位 发挥疗效，具有高效低毒的特点。 目前磁靶向给药系统有：磁性微球( m a g n e t i cm i c r o s p h e r e s ，m m s ) 、磁性纳米粒 ( m a g n e t i cn a n o p a x t i c l e s ，m n p ) 、磁性脂质体1 2 5 【普通磁性脂质体( m a g n e t i cl i p o s o m e s ， m l p ) 、热敏型磁性脂质体( t h e r m o s e n s i l i v em a g n e t i cl i p o s o m e s ，t m l p ) 、长循环磁性 脂质体( 1 0 n gc i r c l l l a rm a g n e t i cl i p o s o m e s ，l m l p ) 等 、磁性乳剂、磁性片剂、磁性胶 囊和将单克隆抗体偶联在磁性制剂表面的免疫磁性制剂【2 6 】 如免疫磁性微球 ( i m m u n o - m a g n e t i cm i c r o s p h e r e s ，n v f m s ) 、免疫磁珠( i m m u n o - m a g n e t i cb e a d s ，m b ) 、 免疫磁性脂质体( r a a g n e t i ci m m u n o l i p o s o m e ，m m p ) 等】。目前m m s 和m n p 是m t d d s 中的研究重点。 1 2 1 磁靶向药物载体的选择条件 磁靶向药物载体总体应满足1 27 】： ( 1 ) 磁性介质的粒径大小应合适，一般为l o n m 2 0 n m ，使得外磁场对其能够产 生足够强的吸引力，从而使其准确的定位于靶向治疗部位及其周围组织。 ( 2 ) 作为药物载体的高分子骨架物质在体内能够代谢，并且代谢产物无毒，在一 定时间经皮肤、胆汁、肾等排出体外。 ( 3 ) 药物载体中铁磁性物质的含量要合适，一般来讲，整个疗程中其用量不超过 贫血病人的常规补铁总量。 ( 4 ) 药物载体应具有足够的载药和包封能力，具有一定的生物降解速度。在靶部 位释放药物的速度适宜，并且保证在该部位能够释放出大部分药物，避免某些贵重药 物的浪费。 ( 5 ) 给药系统应具有最大的生物兼容性和最小的抗原性；并且载体应具有可吸收 性，否则会被周围的胶原性组织包围，从而阻碍内部药物的释放。 ( 6 ) 给药途径和剂型设计要合理，尽量避免网状内皮系统的吞噬作用f 2 羽。 1 , 2 1 1 磁靶向药物载体中磁核的选择 目前最常用的磁性材料是f e 3 0 4 磁粉或磁流体( m a g n e t i c f l u i d ，或称铁磁流体，f e r r o f l u i d ) 。后者是含有超细磁性粒子( 粒径l o 4 0 n m ) 的混悬液，是存在于液体载体中一 种稳定的亚畴磁性纳米颗粒的胶态悬浮液i 冽，在外磁场作用下可在体内定向移动聚 集，靶向性较强，并可定期、安全地排出体外。此外，磁流体可吸收交变磁场中电磁 波的能量转化为热能，使局部温度升高而杀伤肿瘤组织。磁核的粒径应该在保证其在 体内具有足够磁相应性的同时尽可能小，这样才能有效控制药物载体的整体粒径，达 到目标靶位。 3 硕士论文磁靶向药物载体的制各及性能研究 1 2 1 2 磁靶向药物载体中高分子骨架的选择 用作制备磁靶向药物载体骨架的一般应满足如下条件：良好的生物降解性； 良好的生物相容性，无毒，不致畸，且降解反应生成的低聚物和最后产物对细胞无毒 害作用；控释体系能与大多数药物稳定共存【2 9 】。 符合这些条件的骨架材料可分为：氨基酸聚合物类，聚多糖类及其他骨架材料。 氨基酸类聚合物又分为天然的和合成的两类。天然的氨基酸聚合物有白蛋白、明胶、 球蛋白、酶类。合成的氨基酸类聚合物主要是多肽如聚赖氨酸、聚谷氨酸等。其中自 蛋_ 白骨架最常用。聚多糖类骨架有淀粉、葡聚糖、壳聚糖、阿拉伯胶等。其他聚合物 骨架还有乙基酸纤维素、聚乙烯亚胺、聚丙烯酸、硅酮、聚苯乙烯等以及天然红细胞 等p o 。3 1 1 。 1 2 2 磁靶向药物载体的制备 现有技术合成磁性微球的方法主要有包埋法、单体共聚法、化学转化法、共沉淀 法和硅烷化法。 ( 1 ) 单体共聚法：单体共聚法是用两种或两种以上单体( 其中一种为功能单体) 在 一定条件下聚合，生成表面带功能基团的磁性微球，主要包括乳液聚合 3 2 1 、悬浮聚合 3 3 1 、分散聚合3 4 】和种子聚合【35 1 。目前，大部分已广泛应用的磁性高分子微球都是通 过将磁流体分散于苯乙烯单体或苯乙烯与其它功能单体中共聚制得。 此法制备所得的磁性微球性能较好，但大部分功能基团被包覆在微球内部，功能 单体含量受限，部分方法反应条件苛刻，合成工艺也有待改进。 ( 2 ) 包埋法：包埋法是将磁性粒子分散于大分子溶液中，采用交联、雾化、絮凝、 沉积、蒸发等手段，通过范德华力、氢键、磁性粒子表面的金属离子与高分子链的螯 合作用或共价键，使水溶性高分子链缠绕在磁性颗粒表面，形成聚合物微球。包埋法 一般用于制备磁性生物高分子微球，是较常用的一种制备方法。目前常用的包埋材料 有纤维素、磷脂、葡聚糖、脱乙酰壳聚糖、蛋白质等1 3 6 】。 该方法操作简单，制备的颗粒生物相容性好，表面含有各种活性功能基团，可直 接偶联所需配基。但所得颗粒大小不易控制，颗粒形状不规则，粒径分布也较宽，壳 层中常混有乳化剂等杂质，使其在免疫测定、细胞分离等领域中的应用受到了很大的 限制。 ( 3 ) 偶联剂法：偶联剂法就是直接在含羟基的磁性粒子表面用带功能基团的硅烷 偶联剂进行硅烷化处理，制备带功能基团的磁性微球1 3 7 1 。 该方法制备过程简单，表面的功能基团含量高；但由于磁性粒子本身的粒径太小， 使所得磁性纳米微球容易发生团聚，常常形成2 0 0 n m 4 0 0 n m 的簇，且颗粒的大小不 容易调节，使其应用受到限制。 4 硕士论文磁靶向药物载体的制备及性能研究 ( 4 ) 化学转化法：化学转化法是将一定浓度的金属离子渗透和交换到大孔树脂 中，然后利用化学反应使金属离子转化为磁性金属氧化物后均匀分布在聚合物的孔结 构中，并且渗透和转化步骤可反复进行【3 剐。 该法制备所得的磁性微球，磁性颗粒分布均匀，磁含量容易控制，但对树脂的要 求比较严格。 ( 5 ) 其它方法：除上述方法外，还可利用原位修饰、溶剂蒸发、热熔法、化学还 原法等制备磁性纳米药物载体。 1 2 3 磁靶向药物载体的质量评价 评价药物载体的质量指标常见下列几种。载体材料理化特性与生物学评价，包 括血液相容性、组织相互作用、生物降解性、免疫活性及毒理学性质：微粒形态及 表面性质评价，包括形态、粒径、粒径分布、表面电荷、表面亲和性等。激光散射光 谱( p c s ) 和激光衍射( l d ) 是测定粒径的常规方法。还须借助其他方法如光学显微镜、 电子显微镜等来测量粒径。表面电荷以动作电位z e t a 电位表示，其影响载药性、靶向 性及稳定性，其测定方法常用u 型管电泳法；载药性能评价常用包封率、载药量 等。释药性评价；体内评价，包括体内分布与药动学。体内分布是验证靶向性重 要手段。药动学是研究给药后体内血流动力学与器官动力学特点与相关关系，从而建 立以血流动力学参数推算器官动力学参数的数学模型，这是药物载体进入临床前的一 个重要基础f ，o 】。 ( 1 ) 载体粒子的形貌和粒径 通常采用透射电子显微镜、扫描电子显微镜等对磁性纳米给药载体的外观、形貌 和大小进行测定：采用x 射线衍射光谱测定载体粒子的晶型并由b r a g g 方程计算其 粒径；采用激光粒度仪对载体粒子的平均粒径和粒径分布进行分析。 ( 2 ) 载体粒子的磁性能 磁化强度是评价磁性材料磁响应性能的一个重要指标。通常采用振动样品磁强计 ( v s m ) i 奂| j 定载体粒子的磁性。准确称量3 4 m g 载体粒子。用擦镜纸包裹后再用蜡封， 置于振动样品磁强计的样品槽中测定其磁滞回线。一般来说，载体粒子中磁核量越多， 磁响应性越好。 圆载体粒子孛铁的含量 磁性纳米给药载体中铁的含量决定了载体粒子中磁核( f e 3 0 4 和丫- f e 2 0 3 ) 的量，从 而决定了载体粒子在外磁场作用下的磁响应性。测定铁含量的方法一般有：磺基水杨 酸法、邻二氮菲法、原子吸收光谱法等。测定前载体粒子一般要经过预处理( 如加入 一定的溶剂、高温灼烧等) ，破坏粒子外包覆层，然后用盐酸将磁核溶解再测定铁离 子的含量。 硕士论文磁靶向药物载体的制备及性能研究 ( 4 ) 载体粒子的载药率及包封率 载药率指的是药物的质量占磁性药物复合粒子的百分数，包封率指药物的质量占 磁性药物复合粒子中药物理论质量的百分数。二者同时反映了载体粒子的载药量的多 少。包封率( e n b e d d i n gr a t i o ，e r ) 和载药量0 0 a d i n gc a p a c i t y ，l c ) 分别反映药物被包封 的百分率和药物与载体材料之间量的关系。测定e r 、i c 的关键在于测定包载于载体 中或未被包载药物的量测定。药物包载于载体的方式主要有3 种：包埋( 球式) 、包封 ( 囊式1 和表面吸附。不同的载体载药方式各异，e r 、l c 测定方法也不同。离心法是 分离未被载体包载药物的常用方法，经高速离心后药物载体沉于底部，取上清液可测 得未被载体包载药物的量【4 l j 。 ( 5 ) 载体粒子的溶胀性能 4 药物的扩散性能与载体粒子的溶胀性能密切相关，研究载体粒子的溶胀性能对其 应用于药物释放具有重要的指导意义。测定方法一般为：准确称量一定质量的载药微 球置于纱布制成的容器中，观测室温下其在水中的溶胀情况；每隔一定的时间取出容 器，用滤纸吸净容器及微球表面的水分并称量其质量，直至微球的质量不再变化( 即 达到溶胀平衡) 。微球的溶胀度为溶胀平衡后微球增加的总质量占溶胀前微球质量的 百分数。 ( 6 ) 药物微球的体外释放作用 测定载药微球的体外释放作用常用的方法一般为动态透析法。准确称量一定质量 的载药微球，置于透析袋中，在一定温度和一定p h 值的缓冲溶液中每隔一定的时间 取样测定药物的含量。 ( 7 ) 磁靶向药物载体的其它性能 不同的药物微球应用前还要进行其它性能的测定。如稳定性( 包括物理稳定性、 化学稳定性及微球在血浆中的稳定性等) 、体内外的磁导向性、粒子表面抗体的浓度 和活性测定等 4 2 - 4 3 】。 1 2 4 磁靶向药物载体的应用 磁性导向给药系统为抗癌药物的靶向提供了一个新的途径，尤其对治疗离表皮比 较近的癌症如乳腺癌、食管癌、膀胱癌、皮肤癌等已显示出特有的优越性】。 ( 1 ) 在肿瘤治疗方面的应用 目前磁靶向给药系统主要用于癌症的治疗。由于其良好的磁靶向性及肿瘤组织与 正常组织结构上的差别，使得磁性载药微球可选择性地聚集于肿瘤组织，提高治疗部 位药物浓度，微球中药物在肿瘤部位的缓慢释放，能够较长时间维持高浓度化疗药物 水平。另外，肿瘤组织的细胞通透性处于亢进状态，使得抗癌药物在血液循环中存在 的时间增长，从而有利于肿瘤的治疗1 4 2 郴】。 6 硕士论文 磁靶向药物载体的制各及性能研究 磁靶向载体也可以用于装载治疗用的放射性同位素。这种方法相对于外部放射治 疗的好处是剂量可以增加，提高癌细胞根除的几率，而不伤害附近正常的组织。和化 学药物治疗不同，放射性同位素不是被释放，而是把具有放射性的磁性载体运送和储 存在目标位置进行照射。一旦载体不再具有放射性就会自身发生生物降解删。 磁靶向载体还可以使肿瘤的化疗和热疗同步进行。将磁性纳米粒子制备成载药的 磁性脂质体或磁性温敏脂质体，用体外磁场使靶向制剂定位于肿瘤部位，然后利用体 外立体导向磁场聚集定位设备诱导磁性纳米粒子发热，同时抗癌药物在局部释放。这 种治疗方式可以减少化疗药物的剂量，降低化疗的毒副作用，增强了肿瘤治疗的安全 指数【4 9 】。 ( 2 ) 在疾病诊断方面的应用 c t 和m 融是目前诊断肿瘤的主要手段，而造影剂的应用对肿瘤诊断，特别是对 等密度等信号肿瘤、微小肿瘤的定位、定性诊断尤为重要。超顺磁性氧化铁纳米粒 子在体内的分布具有明显的特异性。这主要是由于人体的网状内皮系统具有十分丰富 的吞噬细胞，这些吞噬细胞是人体细胞免疫系统的组成部分，当超顺磁性氧化铁纳米 粒子通过静脉注射进入人体后，与血浆蛋白结合，并在调理素作用下被网状内皮系统 识别，吞噬细胞就会把超顺磁性氧化铁纳米粒子作为异物而摄取，从而使超顺磁性氧 化铁集中在网状内皮系统丰富的组织和器官中。所以超顺磁性氧化铁是一种网状内皮 系统对比剂，可用于肝、脾、淋巴结、骨髓等富含网状内皮细胞的组织和器官的磁响 应( m r ) 增强。吞噬细胞吞噬超顺磁性氧化铁纳米粒子使相应区域信号减低，而肿瘤 组织因不含正常的吞噬细胞而保持信号不变【4 9 1 。通过这些差别，应用超顺磁性氧化铁 纳米粒子可提高m r l 对于肝癌、肝硬化、肝炎等肝脏疾病检出诊断的灵敏度。 ( 3 ) 在其他方面的应用 磁性腊质体可以用作基因输送的载体；磁性纳米粒子也可以用来固定化酶；免疫 磁性纳米微球可在表面连接特异性抗体，用作物理性的清除骨髓中的癌细胞，已经成 为发展最快的体外净化骨髓的方法之一；免疫磁性微球在自身骨髓移植以及细胞分离 等方面也都有着广泛的应用悼o j 。 1 3 本课题的研究目的 由于靶向给药系统具有广泛的理论和实际应用价值，已成为目前国内外新型给药 系统研究的热点之一，而磁靶向药物载体又由于其优良的靶向定位性能及广阔的应用 前景，占据了很大的比例。 本论文课题是国家自然科学基金资助项目。项目方向是食道癌的磁靶向放射治 疗。通过在食道内插入装有负载了放射性核素的磁性载体的生物适形器，在载体不进 入人体循环系统的前提下对癌区进行定点放疗。 7 硕士论文磁靶向药物载体的制备及性能研究 本文主要侧重于磁性微球的表面改性及金属离子吸附的探索性工作，为最终制备 具有高磁响应性、高的核素负载量的磁性载体打下坚实基础。在课题组以往的工作基 础上，主要开展了以下工作： ( 1 ) 利用低温固相法制备了磁性内核纳米级钴铁氧体c o f e 2 0 4 ，得到了粒径小、 分布窄且磁性较好的钴铁氧体纳米粒子。以制得的钴铁氧体纳米粒子为磁性内核，壳 聚糖为骨架材料，利用乳化交联法制备了空白壳聚糖微球和磁性壳聚糖微球。 ( 2 ) 分别采用化学法和生物法，以e d t a 对磁性壳聚糖微球表面进行了改性，添 加羧基活性基团，以提高微球对金属离子的吸附能力。 ( 3 ) 对比考查了磁性壳聚糖磁球和e d t a 改性磁性壳聚糖球对三种模型金属离子 c u 2 + 、c 0 2 + 和n i 2 + 的吸附性能，讨论了不同吸附条件对吸附效果的影响。 8 硕士论文磁靶向药物载体的制各及性能研究 2 磁性壳聚糖微球的制备 2 1 引言 耳前，选用高分子材料作为抗肿瘤药物载体的骨架材料已成为药物释放领域研究 的热点之一。通过高分子材料对药物进行化学修饰。可改变药物的物理化学性质，实 现靶向性，并且药物经修饰后，可利用免疫反应将其有选择性地输送到癌细胞附近， 通过高分子膜的渗透性随温度的改变，还可结合癌症的温热疗法进行治疗。利用生物 医用高分子作为载体骨架，化学结合或物理包裹抗肿瘤药物，并通过药物扩散、结合 链断裂或聚合物降解等，使药物以一定速率释放，并可在病灶部位选择性地释放，可 以减少给药次数，极大地提高药物的生物利用度，增加靶向性，从而降低药物对全身 的毒副作用。高分子微球作为一种性能优异的高分子功能材料已成为近年来国内外新 型药剂研究的热点。尤其是磁性高分子微球因其具有磁分离、引导、标记和固定等功 能，除了在栓塞、化疗方面的双重抗癌作用外，还可以通过外磁场的导向作用，对特 定器官进行靶向治疗，对恶性脾瘤有显著疗效。 就目前国内外的研究状况，按结构一般将磁性高分子微球分为三大类： 黾意j 无机物! ! _ ! ， 聚合物 ( 1 ) 确痧黔物聚幻 聚合物 ( 2 ) 无机物 ( 3 ) ( 1 ) 壳一核结构，即将高分子材料作为核部，外面包裹磁性材料；( 2 ) 壳一核一壳 结构。即最外层和核部为高分子材料，中间层为磁性材料；( 3 ) 核一壳结构，即由磁 性材料组成核部，高分子材料作为壳层。这三种结构中，第三种是以磁性材料为核部， 可以在高分予外层连接所需携带的药物、抗体等；第一种和第二种结构则是以高分子 层为核部，可在核部结合对生物体内环境较敏感的药物等，避免其在到达靶部位前与 生物环境发生反应，而降低疗效或对其他细胞、组织、器官产生毒副作用【5 ”。当然， 作为核或壳的聚合物也可以是复合结构或者多层结构。另外，以无机物为核的磁性高 分子微球中，无机物在聚合物的表面有均匀分布、非均匀分布等不同的状态，这些状 态的产生均与反应条件有关。 9 硕士论文磁靶向药物载体的制备及性能研究 壳聚糖( c l l i t o s a a ) 是甲壳素( c h i t i n ) 部分或全部脱乙酰基的产物，是自然界大量存 在的天然氨基碱性多糖，其结构式如下： 黼慨士 +c嘲a椭 壳聚糖在人体内可生物降解，无毒副作用，可制成具有多种功能的药剂辅料，壳 聚糖具有优异的生物相容性，是优良的生物医用材料 5 2 - 5 4 1 ：壳聚糖具有较强的抗菌活 性，氨含量和相对分子量大小对抗菌活性会产生重要影响1 5 ”。壳聚糖诸多的生物医学 功能引起了医学界的极大关注和兴趣。我们感兴趣的是它分子链上丰富的氨基和羟基 使壳聚糖易于进行化学修饰而被赋予多种功能基团。并且壳聚糖微球包封药物后可控 制药物释放和延长药物疗效，降低药物的毒副作用，提高疏水性药物对细胞膜的通透 性，提高药物的稳定性和改变给药途径，又由于壳聚糖本身与癌细胞就有较好的亲和 性能，可大大加强微球的靶向给药能力，被广泛应用 5 6 1 。本章以壳聚糖作为高分子骨 架，钴铁氧体为内核，分别制备了空白壳聚糖微球、磁性壳聚糖微球，并采用不同的 手段对复合微球的性能进行了表征。 2 2 磁性纳米粒子的制备 铁氧体纳米粒子的制备方法大体可分为两类：一是物理方法，即利用物理的手段 ( 如固相反应) 使反应前驱体发生反应生成所需的纳米粒子；二是化学方法，主要是通 过化学反应使反应物离子均匀混合，在相对较低的温度下得到纳米尺寸的产物p ”。 低热固相反应法是在低加热条件下的固相化学反应，将金属盐或金属氧化物按一 定的比例充分混合研磨，发生固相反应制备前驱体，然后洗涤，过滤，热处理后得到 金属氧化物。此法设备和工艺简单，成本低。故我们采用低热固相法制备纳米c o f e 2 0 4 粒字。 l o 硕士论文磁靶向药物载体的制备及性能研究 2 2 1 实验药品及仪器 表2 2 1 实验药品一览表 表2 2 2 实验仪器及测试仪器一览表 2 2 2 实验原理 采用低热固相反应法来制备纳米铁氧体粒子，就是在室温下，首先经过某种反应 得到高分散的、易分解的前驱体，然后通过前驱体热分解反应制备样品。本实验中， 将n h 4 h c 0 3 与钴盐和高铁发生反应，生成碱式碳酸盐作为前驱体，体系的化学反应 方程式为： f c c i y 6 h 2 0 + 3 n h 4 h c 0 3 = f e ( o 叼3 + 3 n i j , 4 c l + 3 c 0 2 + 6 h 2 0 5 c o ( n o 办r 6 h 2 0 + 1 1 n h 4 h c 0 3 = c 0 5 ( o h ) 6 ( c 0 3 ) 2 8 1 - 1 2 0 + 1 0 n h 4 n 0 3 + g c 0 2 硕士论文 磁靶向药物载体的制各及性能研究 + n h 3 + 2 5 h 2 0 1 0 f e ( o h ) 3 - h c 0 5 ( o h ) 6 ( c 0 3 h 8 h 2 0 = 5 c o f e 2 0 4 + 2 c 0 2 + 2 6 h 2 0 由于在反应及焙烧过程中都会不断产生c 0 2 和h 2 0 气体，这些气体的逸出抑制 了粒子间的团聚，所以制得的样品体积膨胀，十分酥松。但若选用氢氧化物作为前驱 体，则所制得样品粒子间的硬团聚非常严重。并且要使前驱体保持细小的粒径，随后 的反应才能得到粒径细小的产物i 船1 。 2 2 3 制备方法 按f e 3 + ：c 0 2 + 的物质的量比为2 ：1 ，准确称取一定量的c o ( n 0 3 ) 2 6 1 - 1 2 0 和 f e c l 3 6 h 2 0 ，在室温条件下，于研钵中混合均匀。再按n i - 1 4 h c 0 3 ：f e 3 + 的物质的量比 为5 ：1 ，准确称取一定量的n h 4 h c 0 3 ，分多次加入到f e ”和c 0 2 + 的混合物中，充分 研磨成胶状，放置2 4 小时，以使物相转交完全。将反应产物用去离子水和无水乙醇 反复高速离心洗涤，自然风干，即可得到蓬松的粉末。置于马弗炉中在6 5 0 。c 条件下 焙烧2 h ，研细得到产物。 2 2 4 实验结果与讨论 2 2 4 1x 射线衍射分析 2 03 04 05 06 07 08 0 2 l h e t a 图2 2 1 低温固相法制备c o f e 2 0 , x 射线衍射图 在衍射图中2 口为3 0 0 2 ，3 5 4 9 ，4 3 8 9 ，5 6 8 5 ，6 2 5 4 处出现了d 值为2 9 7 ，2 5 3 ， 2 t o ，1 6 1 ，1 4 8 的较强特征衍射峰，与x r d 的j c p d f 标准卡片( 2 2 1 0 8 6 ) 数据对 照，与铁酸钻的标准衍射峰( 2 5 3 。，1 4 8 4 ，2 9 7 3 ，1 6 2 3 ，2 1 0 2 0 ) - - 致，可知样品晶形 善| 啪 垂； 啪 吾； o 2 2 1 1 硕士论文 磁靶向药物载体的制备及性能研究 完好，主要为立方尖晶石结构的c o f e 2 0 4 。 2 2 4 2 前驱体热分析 t e m p w a l a t f t y ! 图2 2 2 钻铁氧体的前驱体d s c 曲线 从图2 2 2 的d s c 曲线上可知，在1 2 9 7 2 处有一明显的吸热峰，是失去体系中 的吸附水、乙醇及结晶水所引起。在3 1 2 7 5 和4 7 8 0 1 处有两个放热峰，这是由于 前驱体先分解后相变成c o f e 2 0 4 所致。t g 曲线可看出，6 0 0 时前驱体已基本分解完 全，实际失重2 2 ，6 4 ，与理论失重( 2 6 4 4 ) 基本一致。由此可见c o f e 2 0 4 样品前驱 体的分解温度为6 0 0 左右。 2 2 4 3 透射电镜分析 图2 2 3c o f e 2 0 4 的t e m 照片 图2 2 ，3 为制备出的钴铁氧体纳米粒子的t e m 照片。从图中可以看出粒子形状均 为球状，粒子粒径较小，在十几纳米左右。存在一定的团聚现象，这主要是由于粒子 本身粒径太小，粒子间的距离很短，其范德华力远远大于粒子本身的重力，从而引起 粒子间的团聚。 硕士论文磁靶向药物载体的制备及性能研究 2 2 4 4 比表面及孔容孔径分析 矗 皇 葛 正 一 蝴 r 出衲p m ( p i 抽 图2 2 4c o f 8 2 0 4 粒子的比表面曲线 r d t 出mp | * ，j 强( p 玎轴) 图2 2 5c o f e ，2 0 4 粒子的吸附等温线 图2 2 4 2 2 5 为磁性钴铁氧体纳米粒子的比表面积曲线和吸附等温线，可以看 出，粒子比表面积为4 8 8 7 7 m 2 g - l 。吸附等温线在低压区曲线凸向吸附量轴，此粒子 可以看作是非孔或孔径很大近似为非孔，因而吸附层数原则上可认为不受限制。 2 2 4 5 磁性能分析 一，0 0 - - 5 0 0 0 o5 0 1 0 0 0 0 h o e 图2 , 2 6 钴铁氧体磁滞回线 图2 2 6 所示为采用振动样品磁强计在磁场中测得的钴铁氧体的磁滞回线。粒子的 比饱和磁化强度为5 5 1 5 e m u g 一，磁性较强。 2 2 。4 6 化学组分分析 采用原子吸收测定制备的磁性钴铁氧体中的金属元素含量，从而可以确定样品中 硕士论文 磁靶向药物载体的制备及性能研究 物质的化学组成。钻含量为2 3 5 3 ，铁含量为4 6 6 5 ，可以计算出化学组成是 c o f e 2 0 4 。这与x r d 所得结果相一致。由于在采用原子吸收的过程中，样品要经过 预处理等过程，很可能存在少量的损失，所以测得结果比实际偏小。 2 3 磁性壳聚糖微球( m c s ) 的制备 2 1 空白壳聚糖微球的制各 2 3 1 1 实验药品及仪器 表2 3 1 实验仪器一览表 壳聚糖 冰醋酸 液体石蜡 司班8 0 戊二醛 无水乙醇 石油醚 甲醛 c 2 h 4 0 2 c 2 4 h “0 6 c 正i s 0 2 c h 3 c h 2 0 h c h 3 c h o 1 0 0 0 0 6 0 0 5 4 2 8 5 9 l o o 1 2 4 6 0 0 3 0 0 3 进口分装9 5 上海化学试剂公司 分析纯 南京化学试剂有限公司化学纯 国药集团化学试剂有限公司 化学纯 中国医药( 集团) 上海化学试剂公司 分析纯 上海凌峰化学试剂有限公司分析纯 北京长海化工厂分析纯 广东汕头市西陇化工厂分析纯 2 3 12 实验原理 以液体石蜡作为有机分散介质，s p a n _ 8 0 为乳化剂，戊二醛为交联剂，利用壳聚 糖中的氨基与戊二醛中的醛基之间醛氨缩合反应进行交联，且壳聚糖在碱性溶液中为 1 5 硕士论文磁靶向药物载体的制备及性能研究 不溶的游离胺型，壳聚糖之间进行自缩合可形成微球。 在预处理时先将壳聚糖溶于醋酸溶液中，是由于壳聚糖分子链上存在众多的游离 氨基。这些氨基的氮原子上具有一对未共用电子，致使氨基呈现弱碱性，于是便能从 醋酸溶液中结合一个氢离子，从而使壳聚糖成为带阳电荷的聚电解质，破坏了壳聚糖 分子间和分子内的氢键，使之溶于水中。即将带正电荷的壳聚糖聚电解质溶于水中， 可与负离子性物质亲和聚合。其质子化过程如下所示： 蹙扣一 哥七 本实验所制备微球中有可能产生水和油剂等残留物质，考虑先后采用醇类和醚类 作为微球的洗剂。采用的酵和醚本身挥发性要好，依次用石油醚( 6 0 - 9 0 c ) 和无水乙 醇来洗涤制备的微球。 2 3 1 3 制备方法 ( 1 ) 壳聚糖纯化 将5 9 壳聚糖完全溶于4 0 0 r o l l 乙酸中，过滤，用氨水调p u 至中性，过滤后用 蒸馏水洗涤，真空常温干燥，保存备用。 ( 2 ) 壳聚糖乙酸溶液的配制 准确称量一定量的壳聚糖溶于3 ( 体积比) 的乙酸溶液中配成1 5 ( 质量比) 的壳 聚糖溶液，避光保存。每周配新溶液使用。 ( 3 ) 壳聚糖空白微球的制各 - 取3 0 m l 配制好的壳聚糖乙酸溶液置于2 5 0 m l 的三口烧瓶中，加入4 5 m l 液体石 蜡和1 0 滴s p a n - 8 0 ，调p h 值至9 0 左右，4 0 c 搅拌反应3 0 m i n ，搅拌速率1 4 0 0 r p m ： 缓慢加入6 m l 甲醛溶液，调p h 值至5 0 左右搅拌3 0 r a i n ：再缓慢滴加戊二醛2 m l ， 调p h 值至9 0 左右后升温至6 0 。c ，搅拌反应2 h 。待溶液冷却后分别用石油醚和无水 乙醇洗涤若干次，离心分离，5 0 左右真空干燥，得壳聚糖空白微球。 2 3 2 磁性壳聚糖微球的制备 2 3 2 1 实验药品及仪器 实验仪器如表2 3 1 所示。 实验药品如表2 3 。2 所示，另外钴铁氧体( c o f e 2 0 4 ) 为实验室自制，纳米级。 1 6 硕士论文 磁靶向药物载体的制各及性能研究 2 3 2 2 实验原理 实验原理与壳聚糖空白微球的制备原理基本相同，见本章2 3 1 2 2 3 2 3 实验方法 取c o f e 2 0 4 纳米粒o 2 9 至2 5 0 m l 的三口烧瓶中，加入3 0 m l 配制好的壳聚糖乙酸 溶液，搅拌。分散均匀后，加入4 5 m l 液体石蜡和l o 滴s p a n - - 8 0 ，调p h 值至9 0 左 右，4 0 搅拌反应3 0 m i n ；缓慢加入6 m l 甲醛溶液，调p h 至5 0 左右搅拌3 0 m i n ； 再缓慢滴加戊二醛2 m l ，调p h 值至9 0 左右后升湿至6 0 ，搅拌反应2 h ，搅拌速率 均为1 4 0 0 r p m 。待溶液冷却后分别用石油醚和无水乙醇洗涤若干次，强磁铁吸附分离， 5 0 左右真空干燥，得磁性壳聚糖微球。 2 。3 3 实验结果与讨论 2 3 3 1 红外光谱分析 w a v e n u m b e r s c m 图2 3 i 钻铁氧体、磁性微球及壳聚糖原料取图谱 ( a ) c o f e 2 0 4 ，磁性壳聚糖微球，( c ) 壳聚糖原料 图2 3 1 为钴铁氧体、磁性微球及壳聚糖原料r 图谱。由图2 3 1 中( a ) 可以看出， 在5 9 0 c m 。1 附近出现的强吸收峰为钻铁氧体的特征吸收峰。( c ) 中，3 4 0 0 3 5 0 0 c m 。附 近为o h 伸缩振动与n - - h 伸缩振动重叠而成的宽峰，2 9 0 0 e m 1 附近分别为残糖基 上- 甲基和次甲基的c - - h 收缩振动吸收峰，1 6 3 5 c m 1 和1 5 6 1 c m 1 处分别有仲酰氨基酰 胺i 带和酰胺i i 带的吸收，1 3 8 6 e m 。处是一c h 3 的c h 变形振动吸收，表明甲基桥的 1 7 逞口ols!l匕_豆卜 顽士论文磁靶向药物载体的