專利名稱：一種熒光介孔氧化硅納米材料及其制備方法和應(yīng)用的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種熒光介孔氧化硅納米材料及其制備方法和應(yīng)用，屬于介孔納米材料技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
癌癥和心血管疾病是威脅人類生命和健康的兩個(gè)最重大的疾病。關(guān)于心血管疾病和癌癥等重大疾病的防治已經(jīng)成為我國(guó)公共衛(wèi)生工作的戰(zhàn)略重點(diǎn)，關(guān)于它們的早期檢測(cè)、 診斷與治療具有非常重大的意義。借助納米技術(shù)，構(gòu)建一種集影像診斷、藥物輸運(yùn)與治療于一體的多功能納米結(jié)構(gòu)材料，為心血管疾病和癌癥等重大疾病的同步診斷與治療開辟了一條新途徑。耦合介孔氧化硅的藥物輸運(yùn)功能和有機(jī)熒光染料或熒光量子點(diǎn)的光學(xué)成像功能的雙功能納米結(jié)構(gòu)有望應(yīng)用于重大疾病的同步診斷與治療，因而引起了材料化學(xué)與生物醫(yī)用等領(lǐng)域的廣泛關(guān)注。最近的研究進(jìn)展表明(1)有機(jī)稀土絡(luò)合物或有機(jī)熒光染料分子可以單分散的共價(jià)連接于介孔氧化硅的介孔孔道內(nèi)壁，避免了熒光淬滅、提高了熒光效率[有序介孔二氧化硅基熒光納米材料及其制備方法CN101525533 J. Mater. Chem. 2009， 19,3395 3403 J. Phys. Chem. C 2010，114，12505 12510.]，然而有機(jī)熒光染料分子容易脫落，在一定程度上限制了其應(yīng)用；( 通過(guò)包裹或連接的方式，還可以將熒光量子點(diǎn)或納米粒與介孔氧化硅進(jìn)行整合[Adv. Funct. Mater. 2010,20,1166 1172 J. Phys. Chem. B 2003，107，11575 11578.]，但是對(duì)于常見的含重金屬離子的熒光量子點(diǎn)存在因重金屬離子泄漏產(chǎn)生的生物安全性問(wèn)題[Nano Lett. 2004，4，11 18 ；Toxicol. Appl. Pharmacol. 2009，238，280 288. ] ； (3) CN101864308A 公開了一種稀土離子摻雜的介孔氧化硅發(fā)光材料及其制備方法，CN1583948A公開了一種采用混合燒結(jié)的方式，制備了一種介孔二氧化硅/錳硅酸鋅復(fù)合熒光粉體。然而采用上述制備方法只能得到微米級(jí)的粉體，因而限制了其在生物醫(yī)用領(lǐng)域的應(yīng)用；(4)此外，多孔硅納米材料被認(rèn)為是一種生物安全的、 能集藥物輸運(yùn)與光學(xué)成像于一體的雙功能納米結(jié)構(gòu)材料，然而多孔硅納米結(jié)構(gòu)的制備一般采用的是先電化學(xué)腐蝕、然后超聲剝離或機(jī)械粉碎的復(fù)雜工藝方法[Nature Mater. 2009, 8，331 336 ；Nature Nanotechnol. 2008，3，151 157.]。這種方法最大的缺陷是制備出來(lái)的多孔硅納米結(jié)構(gòu)的形貌和尺寸都很難控制、產(chǎn)量比較低，因而嚴(yán)重影響了其實(shí)際生產(chǎn)和應(yīng)用。相對(duì)而言，介孔氧化硅的制備工藝更簡(jiǎn)單，形貌和尺寸很容易控制，產(chǎn)量也非常高 [J. Mater. Chem. 2009，19,6498 6503.]。因此，尋找一種簡(jiǎn)便而高效的合成途徑來(lái)整合硅量子點(diǎn)的優(yōu)異的熒光性能和介孔氧化硅的優(yōu)異的藥物輸運(yùn)性能及其方便的合成方法，從而構(gòu)建一種生物安全的、集藥物輸運(yùn)與光學(xué)成像于一體的氧化硅基雙功能納米結(jié)構(gòu)材料，在疾病的同步診斷與治療中將具有更大的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種生物安全的、介孔骨架發(fā)光的、集藥物輸運(yùn)與光學(xué)成像于一體的熒光介孔氧化硅納米材料及其制備方法和應(yīng)用，以克服上述現(xiàn)有技術(shù)中的缺陷， 實(shí)現(xiàn)細(xì)胞內(nèi)的藥物輸運(yùn)與同步熒光成像，為疾病的同步診斷與治療提供重要支持。為實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下本發(fā)明提供的熒光介孔氧化硅納米材料，其特征在于在介孔氧化硅的骨架中鑲嵌有硅團(tuán)簇或硅量子點(diǎn)形成的富硅微區(qū)。所述的介孔孔徑在2 30nm范圍內(nèi)可調(diào)。所述的富硅微區(qū)的尺寸在0 IOnm范圍內(nèi)可調(diào)，但不包含零點(diǎn)。本發(fā)明所述的熒光介孔氧化硅納米材料的制備方法，包括如下具體步驟a)將水溶性表面活性劑和水解催化劑加入水中，在4 60°C (優(yōu)選20 40°C ) 下攪拌使其完全溶解，水溶性表面活性劑的濃度控制在其臨界膠束濃度之上；b)向體系中加入缺氧型硅酸酯，繼續(xù)攪拌1 48小時(shí)(優(yōu)選2 6小時(shí))，離心、 洗滌、干燥，得到一種缺氧型介孔氧化硅前軀體材料，其中缺氧型硅酸酯與催化劑的摩爾比為1000 1 1 20 (優(yōu)選10 1 1 20)，缺氧型硅酸酯的摩爾濃度為0.05 2mol/L (優(yōu)選 0. 1 0. 5mol/L)；c)在惰性氣氛或真空條件下，煅燒步驟b)得到的缺氧型介孔氧化硅前軀體材料， 煅燒溫度為300 1000°C (優(yōu)選600 1000°C )，升溫速率為1 50°C /分鐘(優(yōu)選2 250C /分鐘)，保溫時(shí)間為0. 5 6小時(shí)(優(yōu)選2 6小時(shí))。所述的水溶性表面活性劑可以是陽(yáng)離子型、陰離子型或非離子型水溶性表面活性劑。所述的陽(yáng)離子型水溶性表面活性劑優(yōu)選十二烷基三甲基溴化銨(DTAB)、十六烷基三甲基溴化銨(CTAB)或十六烷基三甲基氯化銨(CTAC)。所述的陰離子型水溶性表面活性劑優(yōu)選十二烷基苯磺酸鈉(SDBQ或十二烷基磺酸鈉(SDS)。所述的非離子型水溶性表面活性劑優(yōu)選聚醚多元醇P123、聚乙二醇辛基苯基醚 (Triton X-100)、聚氧乙烯山梨醇酐單油酸酯(Tween 80)、乙基苯基聚乙二醇(Nonidet P-40)或聚醚類表面活性劑(如:P105、P104、P103、P85、P84、P75、P65、P38、F127、F108、 F98、F88、F87、F77、F68、F38、L122、L121、L101、L92、L81、L72、L65、L64、L63、L62、L61、L44、 L43、L42、L!35 或 L31)。所述的水解催化劑優(yōu)選鹽酸、硝酸、硫酸、磷酸、氯化鈉、氫氧化鈉、氫氧化鉀、氨水、氟化銨、四丙基氫氧化銨、三乙醇胺、磷酸鹽緩沖溶液或醋酸鹽緩沖溶液。所述的缺氧型硅酸酯優(yōu)選三乙氧基硅烷或三甲氧基硅烷。所述的洗滌推薦為用乙醇超聲洗滌。所述的干燥推薦為冷凍干燥。所述的惰性氣氛推薦為氮?dú)饣驓鍤鈿夥铡Ｒ虮景l(fā)明制備的熒光介孔氧化硅納米材料具有較好的分散性、較均一的納米尺寸和可調(diào)的孔徑O 30nm)；介孔氧化硅的骨架中鑲嵌有富硅微區(qū)，通過(guò)調(diào)控煅燒條件可調(diào)控富硅微區(qū)的尺寸，從而調(diào)控其發(fā)光性能；因此，本發(fā)明的熒光介孔氧化硅納米材料集多孔結(jié)構(gòu)和熒光性能于一體，具有藥物裝載與輸運(yùn)和同步熒光成像的雙重功能既可以通過(guò)原位裝載藥物或后擔(dān)載藥物的方式，裝載并傳輸藥物進(jìn)細(xì)胞；也可以通過(guò)原位控制富硅微區(qū)的硅形態(tài)和尺寸來(lái)調(diào)控?zé)晒饨榭籽趸杓{米結(jié)構(gòu)的光學(xué)性能，可作為藥物的載體材料和熒光成像診斷材料，在疾病的同步診斷與治療中將具有潛在的應(yīng)用價(jià)值。與摻雜和混合燒結(jié)等制備方法相比，本發(fā)明采用在氧化硅骨架中原位形成發(fā)光中心的方法，制備的熒光介孔氧化硅納米材料具有如下優(yōu)點(diǎn)具有納米尺寸；熒光性能可調(diào)。 與其它含重金屬離子的熒光量子點(diǎn)或納米粒相比，本發(fā)明制備的熒光介孔氧化硅納米材料具有更好的生物安全性。與多孔硅納米材料相比，本發(fā)明制備的熒光介孔氧化硅納米材料具有如下優(yōu)點(diǎn)制備工藝更簡(jiǎn)單；具有均一的球形形貌和納米尺寸；產(chǎn)量更高；適合規(guī)?；a(chǎn)要求。本發(fā)明中所述的表面活性劑在《表面活性劑大全》(Michael Ash, Irene Ash著； 王繩武，羅惠萍摘譯，上?？茖W(xué)技術(shù)文獻(xiàn)出版社，1988，ISBN號(hào)78051321#/TQ42;3)中均可以查到。


圖1是本發(fā)明所述的熒光介孔氧化硅納米材料的微觀結(jié)構(gòu)示意圖，圖中1表示富硅微區(qū)，2表示氧化硅骨架，3表示介孔結(jié)構(gòu)。圖2是實(shí)施例1制備的熒光介孔氧化硅納米材料“SIC-600”樣品的透射電鏡照片。圖3是實(shí)施例1制備的熒光介孔氧化硅納米材料“SIC-600”樣品的掃描電鏡照片。圖4是實(shí)施例1制備的熒光介孔氧化硅納米材料“SIC-900”樣品的高分辨透射電鏡照片，圖中1表示富硅微區(qū)，2表示氧化硅骨架，3表示介孔結(jié)構(gòu)。圖5是實(shí)施例1制備的熒光介孔氧化硅納米材料“SIC-800”樣品的高分辨透射電鏡照片。圖6是實(shí)施例1制備的熒光介孔氧化硅納米材料的熒光光譜圖。圖7是實(shí)施例2制備的裝載阿霉素藥物的熒光介孔氧化硅納米材料在MCF-7乳腺癌細(xì)胞內(nèi)的藥物釋放和熒光成像照片，其中a代表納米材料，b代表阿霉素藥物。
圖8是實(shí)施例2制備的裝載阿霉素藥物的熒光介孔氧化硅納米材料對(duì)MCF-7乳腺癌細(xì)胞的毒性表征。具體實(shí)施方法下面結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)、完整地說(shuō)明，但并不限制本發(fā)明的內(nèi)容。實(shí)施例1在氬氣保護(hù)下，將0. 17mmol P123和50mmol氯化鈉一起加入80mL鹽酸水溶液 (2mol/L)中，在25°C下攪拌使其完全溶解；加入IOmmol三乙氧基硅烷，繼續(xù)攪拌1小時(shí)后離心，用乙醇超聲洗滌三次，然后分散在水中冷凍干燥，制得的凍干粉樣品標(biāo)記為“SIC-1 ”。 將SIC-I凍干粉分成四份置于氮?dú)鈿夥諣t中，分別在500°C、600°C、70(rC和900°C下煅燒2 小時(shí)，制得的四個(gè)樣品分別標(biāo)記為“SIC-500”、“SIC-600”、“SIC-700”和“SIC-900，，。圖2是本實(shí)施例制備的“SIC-600”樣品的透射電鏡照片，圖3是本實(shí)施例制備的 “SIC-600”樣品的掃描電鏡照片。由圖2和圖3可見本發(fā)明方法制備的氧化硅材料具有明顯的介孔結(jié)構(gòu)、良好的分散性和較均一的納米尺寸(平均粒徑約200nm)。圖4是本實(shí)施例制備的“SIC-900”樣品的高分辨透射電鏡照片，由圖4所示的晶格條紋可見在介孔氧化硅
6的骨架中鑲嵌有尺寸約2 5nm的富硅微區(qū)。圖5是本實(shí)施例制備的“SIC-800”樣品的高分辨透射電鏡照片，由圖5所示的晶格條紋可見在介孔氧化硅的骨架中鑲嵌有尺寸約Inm 的富硅微區(qū)。結(jié)合圖4和圖5可推知在相同煅燒時(shí)間下，隨著煅燒溫度的提高，將會(huì)使鑲嵌在介孔氧化硅骨架中的富硅微區(qū)的尺寸增大。圖6 是本實(shí)施例制備的四個(gè)樣品“SIC-500”、“SIC-600”、“SIC-700”和“SIC-900” 的熒光光譜圖，由圖6可見“SIC-500”、“SIC-600”、“SIC-700”和“SIC-900”四個(gè)樣品具有不同的熒光發(fā)光特性，表明通過(guò)調(diào)控煅燒條件可調(diào)控所制得的熒光介孔氧化硅納米材料的熒光性能。實(shí)施例2取實(shí)施例1制備的“SIC-600”樣品20mg，在真空條件和120°C下干燥12小時(shí)，然后在真空條件下冷卻至室溫。加入5mL 10mg/mL的阿霉素的乙醇溶液，在室溫下浸漬1小時(shí)后離心、真空干燥， 制得裝載阿霉素的熒光納米材料，標(biāo)記為“D0X@SIC-600”。將上述的D0X@SIC-600納米材料與MCF-7乳腺癌細(xì)胞進(jìn)行共培養(yǎng)，然后用磷酸鹽生理鹽水洗滌細(xì)胞，最后在熒光共聚焦顯微鏡下對(duì)細(xì)胞進(jìn)行觀察并拍照。拍照結(jié)果表明納米材料能夠被MCF-7乳腺癌細(xì)胞大量攝取，并在細(xì)胞內(nèi)釋放阿霉素藥物，同時(shí)能夠熒光成像(如圖7所示)。使用CCK-8試劑盒(可市購(gòu)得到)檢測(cè)培養(yǎng)三天后細(xì)胞的存活率，結(jié)果顯示MCF-7 乳腺癌細(xì)胞具有較低的細(xì)胞存活率(如圖8所示)，表明制備的載阿霉素的熒光介孔氧化硅納米材料D0X0SIC-600具有較好的抗癌作用。另外，經(jīng)實(shí)驗(yàn)證明實(shí)施例1中的表面活性劑P123可以等同替換為水溶性陽(yáng)離子型表面活性劑(如十二烷基三甲基溴化銨、十六烷基三甲基溴化銨或十六烷基三甲基氯化銨)或水溶性陰離子型表面活性劑(如十二烷基苯磺酸鈉或十二烷基磺酸鈉)或其它水溶性非離子型表面活性劑(如聚乙二醇辛基苯基醚、聚氧乙烯山梨醇酐單油酸酯、乙基苯基聚乙二醇或聚醚類表面活性劑)。實(shí)施例1中的水解催化劑鹽酸可以等同替換為硝酸、 硫酸、磷酸、氯化鈉、氫氧化鈉、氫氧化鉀、氨水、氟化銨、四丙基氫氧化銨、三乙醇胺、磷酸鹽緩沖溶液或醋酸鹽緩沖溶液。實(shí)施例1中的缺氧型硅酸酯三乙氧基硅烷可以等同替換為三甲氧基硅烷。實(shí)施例1中的關(guān)于溫度、時(shí)間、配比、濃度等工藝參數(shù)均可選擇文中所述的相應(yīng)范圍內(nèi)的點(diǎn)值進(jìn)行操作。由于所有操作過(guò)程均與實(shí)施例1及實(shí)施例2所述相同，所以在此不再一一贅述。本發(fā)明所述的熒光介孔氧化硅納米材料的微觀結(jié)構(gòu)示意圖如圖1所示，圖中的1 表示富硅微區(qū)，2表示氧化硅骨架，3表示介孔結(jié)構(gòu)。最后應(yīng)當(dāng)說(shuō)明的是，以上實(shí)施例僅用以說(shuō)明本發(fā)明的技術(shù)方案而非限制本發(fā)明， 盡管參照較佳實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)說(shuō)明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，可以對(duì)發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行修改或者等同替換，而不脫離本發(fā)明技術(shù)方案的精神和范圍，其均應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的權(quán)利要求范圍中。
權(quán)利要求
1.一種熒光介孔氧化硅納米材料，其特征在于在介孔氧化硅的骨架中鑲嵌有硅團(tuán)簇或硅量子點(diǎn)形成的富硅微區(qū)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的熒光介孔氧化硅納米材料，其特征在于所述的介孔孔徑在 2 30nm范圍內(nèi)可調(diào)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的熒光介孔氧化硅納米材料，其特征在于所述的富硅微區(qū)的尺寸在0 IOnm范圍內(nèi)可調(diào)，但不包含零點(diǎn)。
4.一種權(quán)利要求1所述的熒光介孔氧化硅納米材料的制備方法，其特征在于，包括如下具體步驟a)將水溶性表面活性劑和水解催化劑加入水中，在4 60°C下攪拌使其完全溶解，水溶性表面活性劑的濃度控制在其臨界膠束濃度之上；b)向體系中加入缺氧型硅酸酯，繼續(xù)攪拌1 48小時(shí)，離心、洗滌、干燥，得到一種缺氧型介孔氧化硅前軀體材料，其中缺氧型硅酸酯與催化劑的摩爾比為1000 1 1 20， 缺氧型硅酸酯的摩爾濃度為0. 05 2mol/L ；c)在惰性氣氛或真空條件下，煅燒步驟b)得到的缺氧型介孔氧化硅前軀體材料，煅燒溫度為300 1000°C，升溫速率為1 50°C /分鐘，保溫時(shí)間為0. 5 6小時(shí)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的熒光介孔氧化硅納米材料的制備方法，其特征在于所述的水溶性表面活性劑是陽(yáng)離子型、陰離子型或非離子型水溶性表面活性劑。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的熒光介孔氧化硅納米材料的制備方法，其特征在于所述的陽(yáng)離子型水溶性表面活性劑為十二烷基三甲基溴化銨(DTAB)、十六烷基三甲基溴化銨 (CTAB)或十六烷基三甲基氯化銨(CTAC)。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的熒光介孔氧化硅納米材料的制備方法，其特征在于所述的陰離子型水溶性表面活性劑為十二烷基苯磺酸鈉(SDBQ或十二烷基磺酸鈉(SDS)。
8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的熒光介孔氧化硅納米材料的制備方法，其特征在于所述的非離子型水溶性表面活性劑為聚醚多元醇P123、聚乙二醇辛基苯基醚(Triton X-100)、聚氧乙烯山梨醇酐單油酸酯(Tween 80)、乙基苯基聚乙二醇(Nonidet P-40)或聚醚類表面活性劑。
9.根據(jù)權(quán)利要求4所述的熒光介孔氧化硅納米材料的制備方法，其特征在于所述的水解催化劑為鹽酸、硝酸、硫酸、磷酸、氯化鈉、氫氧化鈉、氫氧化鉀、氨水、氟化銨、四丙基氫氧化銨、三乙醇胺、磷酸鹽緩沖溶液或醋酸鹽緩沖溶液。
10.根據(jù)權(quán)利要求4所述的熒光介孔氧化硅納米材料的制備方法，其特征在于所述的缺氧型硅酸酯為三乙氧基硅烷或三甲氧基硅烷。
11.根據(jù)權(quán)利要求4所述的熒光介孔氧化硅納米材料的制備方法，其特征在于所述的洗滌是用乙醇超聲洗滌。
12.根據(jù)權(quán)利要求4所述的熒光介孔氧化硅納米材料的制備方法，其特征在于所述的干燥為冷凍干燥。
13.根據(jù)權(quán)利要求4所述的熒光介孔氧化硅納米材料的制備方法，其特征在于所述的惰性氣氛為氮?dú)饣驓鍤鈿夥铡?br> 14.一種權(quán)利要求1所述的熒光介孔氧化硅納米材料的應(yīng)用，其特征在于作為藥物的載體材料。
15. 一種權(quán)利要求1所述的熒光介孔氧化硅納米材料的應(yīng)用，其特征在于作為熒光成像診斷材料。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種熒光介孔氧化硅納米材料及其制備方法和應(yīng)用。所述材料的特征是在介孔氧化硅的骨架中鑲嵌有硅團(tuán)簇或硅量子點(diǎn)形成的富硅微區(qū)。所述材料的制備方法包括將水溶性表面活性劑和水解催化劑加入水中，在4～60℃下攪拌使其完全溶解；向體系中加入缺氧型硅酸酯，繼續(xù)攪拌1～48小時(shí)，離心、洗滌、干燥；在惰性氣氛或真空條件下，煅燒得到的前軀體材料。因本發(fā)明制備的熒光介孔氧化硅納米材料具有較好的分散性、較均一的納米尺寸和可調(diào)的孔徑及可調(diào)的發(fā)光性能，因此，本發(fā)明的熒光介孔氧化硅納米材料集多孔結(jié)構(gòu)和熒光性能于一體，具有藥物裝載與輸運(yùn)和同步熒光成像的雙重功能，在疾病的同步診斷與治療中將具有潛在的應(yīng)用價(jià)值。
文檔編號(hào)A61K47/04GK102295926SQ20111010045
公開日2011年12月28日 申請(qǐng)日期2011年4月21日 優(yōu)先權(quán)日2011年4月21日
發(fā)明者何前軍, 施劍林 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院上海硅酸鹽研究所