氧化石墨烯-鹽酸阿霉素納米復合材料的制備及應用

氧化石墨烯-鹽酸阿霉素納米復合材料的制備及應用

1在生物醫(yī)藥及環(huán)保方面的應用隨著納米技術和生物藥物的發(fā)展，納米藥物已成為研究領域。納米藥物載體可以高效負載藥物、靶向傳遞藥物及可控地釋放藥物,并且可以延長藥物作用時間,具有生物相容性及毒副作用小等優(yōu)點。納米藥物載體可分為納米粒、納米脂質體、聚合物膠束及納米磁性顆粒。常見的納米藥物載體有碳納米管、微球、脂質體或鐵氧體磁性粒子等,它們通過表面吸附、氫鍵、嵌入或其它反應負載藥物。石墨烯是一種具有二維蜂窩狀結構的新型納米材料,它具有優(yōu)異的力學、熱學、電學和光學性能,在生物醫(yī)藥、生物傳感器及電化學等方面具有潛在的應用。近年來,一些學者探索了石墨烯在生物醫(yī)藥方面的應用,特別是生物靶向及藥物傳遞方面,取得了一定的成果。石墨烯具有較大的比表面積,可以通過其上下表面及其邊緣負載藥物,負載能力比其它納米材料高很多。當石墨烯被氧化成氧化石墨烯后,結構中增加了羧基、羥基及環(huán)氧基團,提高了氧化石墨烯的水溶性,使氧化石墨烯更加易于在人體血液中溶解、流動。戴宏杰課題組研究了聚乙二醇化的納米氧化石墨烯作為抗癌藥物載體,通過非共價鍵吸附抗癌藥物;同時,功能化的氧化石墨烯具有生物相容性及無毒性,可以高效地負載抗癌藥物。張立明等研究了功能化的氧化石墨烯能夠高效負載兩種抗癌藥物,并對乳腺癌細胞具有特異性;兩種抗癌藥物聯(lián)合負載對癌細胞產生較大的毒性,從而更有效地殺死癌細胞。楊曉英等報道了氧化石墨烯可以高效負載鹽酸阿霉素,同時在不同pH值下可以控制藥物的釋放,從而達到更好的醫(yī)療效果。本文研究了鹽酸阿霉素(DXR)在氧化石墨烯(GO)上的高效負載,負載率高于其它文獻報道,并考慮到人體血液的流動速率,采用靜態(tài)透析,控制藥物在不同pH值下的釋放。同時,利用紅外光譜及紫外可見光譜對DXR在GO上的吸附作用進行了分析。2實驗2.1mape-roos-cmno4的制備通過改性Hummers法制備氧化石墨烯。首先,在69mL濃H2SO4中加入1.5gNaNO3、3g天然石墨和9gKMnO4,將溫度調節(jié)至0℃,攪拌一段時間。隨后,升溫至35℃,攪拌反應1h。之后,加入138mL去離子水,升高溫度至98℃,再加入420mL去離子水和30mL雙氧水。對反應后的溶液進行熱濾,并用5%的鹽酸清洗,得到氧化石墨。將氧化石墨溶于水中并超聲1.5h,離心取上層液體,再次溶于一定量濃鹽酸中,離心得下層沉淀,在65℃下干燥24h即得氧化石墨烯。2.2暗條件下反應12h稱量一系列不同質量的DXR溶于0.16mg/mL的GO溶液中,超聲1h,在黑暗條件下于振蕩器上反應12h。對反應液于14000r/min下高速離心1h,取上層清液,通過紫外-可見分光光度計在485nm處測量其吸光度,從而可以確定上清液的濃度,計算出DXR在GO上的單位負載量,單位負載量計算可依據(jù)式(1):2.3外透析液釋放量的測定取某一濃度的9mLGO-DXR溶液,將其均分為3份,置于透析袋中,分別放于80mLpH值為4.00、6.86和9.18的磷酸緩沖溶液中,靜置,透析1d,隨后在不同時間點測量外透析液的吸光度,從而計算得DXR的釋放量,釋放百分量的計算可依據(jù)式(2):2.4結構和表面形貌表征通過高分辨透射電子顯微鏡(HRTEM,JEOL3010)對制備的GO和GO-DXR的結構和表面形貌進行表征,用紅外光譜儀(FT-IR,NicoletNexus670)和紫外-可見分光光度計(UV,TU1810)對樣品的組成進行分析。3xr負載氧漂體的釋放能力圖1為Hummers法制備的氧化石墨烯的高分辨透射電鏡圖。由圖1可以看出,氧化石墨烯為薄而透明的絲綢狀,并出現(xiàn)褶皺狀的片層結構,與石墨烯的典型結構類似。因此,氧化石墨烯的片層結構為鹽酸阿霉素的負載提供了良好的平臺,它可以通過其上下表面及邊緣部分均勻負載鹽酸阿霉素,從而氧化石墨烯實現(xiàn)了其納米藥物載體的作用。圖2為GO負載DXR前后的傅里葉紅外光譜圖。圖3為GO負載DXR前后的紫外-可見光譜圖,其中,圖3(a)為GO的紫外-可見光譜圖,圖3(b)為DXR的紫外-可見光譜圖,圖3(c)為復合物GO-DXR的紫外-可見光譜圖。由圖3可以看出,GO在241nm處存在明顯的特征峰,而238和484nm處的寬峰為DXR的特征峰。GO和DXR復合后可以明顯觀察到DXR的特征峰,表明復合物中存在DXR,DXR成功負載到氧化石墨烯片層上。同時,可以發(fā)現(xiàn),復合物中DXR的峰發(fā)生一定程度的紅移,238和484nm分別紅移到239和488nm處,說明GO和DXR之間發(fā)生了結合,形成了質子供體和質子受體間的氫鍵。振蕩實現(xiàn)的,圖4為DXR在GO上的負載含量隨DXR濃度的變化關系。由圖4可以看出,隨著DXR濃度的增加,DXR在GO上的負載量逐漸增加,已達到4.6mg/mg的高效負載量。DXR在GO上的負載量并未達到飽和,因此GO負載DXR的飽和負載量還有待繼續(xù)研究。由此可以看出,氧化石墨烯因其較大的比表面積,而具有比其它材料更高的負載量,因此,氧化石墨烯在納米藥物載體方面有潛在的利用價值,同時在生物醫(yī)藥及腫瘤靶向藥物方面具有更實際的應用。考慮到人體血液的流動速率達不到攪拌的程度,本文采用靜態(tài)透析,將GO-DXR在不同pH值的磷酸緩沖液中培養(yǎng)25h,以更加符合藥物在人體中的釋放效果。圖5為不同pH值下DXR從復合物上的釋放量隨著時間的變化。由圖5可以看出,3種情況下DXR的釋放百分量均隨時間的延長而逐漸增大,在25h時達到飽和。15h后,DXR在3個pH值下的釋放量基本達到平臺,增加幅度不大。DXR在pH值為9.18時釋放百分量最低,僅為12%;而pH值為4.00時的釋放百分量最高,達到37.7%,幾乎為堿性條件下釋放量的3倍。由此可知,酸性條件對藥物的釋放有利。藥物依賴pH值而釋放在臨床中有非常重要的作用,同時,由于癌細胞的細胞外環(huán)境和細胞內溶酶體都是弱酸性條件,因此酸性條件下易于控制藥物釋放。圖6為DXR在不同pH值下1h時的釋放百分量。在pH值為4.00、6.86和9.18時,DXR從GO-DXR上的釋放百分量分別為9.65%、5.90%和1.43%。由此可知,酸性條件下有利于DXR的釋放。因為DXR在低pH值下具有親水性和水溶性,并且DXR含有NH2基,所以DXR在酸性條件下與水的結合能力大于堿性條件下。而pH值為6.86時,接近腫瘤細胞的pH值,在此條件下釋放量較大,較為容易,可以達到藥物治療腫瘤的效果。4go-drt-ro在納米藥物載體方面的釋放特性(1)采用改性Hummers法制備了氧化石墨烯,通過簡單超聲、振蕩等方法將鹽酸阿霉素負載在氧化石墨烯上;并通過紅外光譜及紫外-可見光譜分析可知,鹽酸阿霉素與氧化石墨之間的作用為氫鍵反應。(2)鹽酸阿霉素在氧化石墨烯上的負載量較其它納米材料高很多,其負載量高達4.6mg/mg,因此氧化石墨烯在納米藥物載體方面具有潛在的優(yōu)勢。(3)GO-DXR在不同pH值下靜態(tài)透析的釋放情況表明,鹽酸阿霉素在酸性條件下的釋放量最高,符合腫瘤細胞中pH值的環(huán)境,從而在生物醫(yī)學方面易于控制藥物的釋放。圖2(a)為GO的紅外光譜圖,其中3423cm-1處為O—H的伸縮振動峰,2854cm-1處為C—H的伸縮振動峰,1721cm-1處為—COOH中Cue5caO的伸縮振動峰。圖2(b)為DXR的紅外光譜圖,3327cm-1處為O—H的伸縮振動峰,2977、2933和2844cm-1處均為DXR的C—H伸縮振動峰,1730cm-1處為Cue5caO的伸