一种具有药物释放功能的荧光纳米复合物的制备方法.pdf

本发明属于功能性纳米复合物材料制备领域，涉及一种具有药物释放功能的荧光纳米复合物的制备方法。该荧光纳米复合物可以通过荧光强度变化监测药物的释放过程。其主体是金属纳米粒子与生物大分子形成的核-壳结构的纳米复合物，通过将生物亲和性聚合物(如聚赖氨酸分子)和药物阿霉素分子交联聚合在金属纳米粒子表面，形成一层包覆了阿霉素分子的聚合物壳层。当环境中存在一定浓度的谷胱甘肽时，交联剂中的二硫键被切断，聚合物壳层释放出阿霉素。同时，由于壳层的厚度发生变化，根据金属增强荧光效应的距离依赖性，通过检测包覆于该纳米复合物表面的荧光分子荧光强度的变化，可以灵敏、有效地表征药物的释放过程。本发明在药物的定点释放治疗领域具有很好的应用前景。

权利要求书
1.  一种具有药物释放功能的荧光纳米复合物的制备方法，其 特征包括以下步骤：
(1)制备直径范围为25-35纳米的球型银纳米粒子；
(2)将新鲜配置的浓度为1-10毫摩尔每升的胱氨酸溶液加入 浓度为10-12纳摩尔每升的银纳米粒子溶液中，室温搅 拌3-5小时，然后离心洗涤银纳米粒子，除去未反应的 胱氨酸，胱氨酸溶液与银纳米粒子溶液的体积比为1:20 至1:5；将离心得到的银纳米粒子集中，重新分散在去离 子水中，将银纳米粒子体积浓缩5倍；
(3)在浓度为0.5-2克每升的聚赖氨酸溶液中加入浓度为5 毫摩尔每升的阿霉素溶液，聚赖氨酸溶液与阿霉素溶液 的体积比为250:1至500:1，搅拌均匀后，将溶液的pH 值调节到9-10，然后加入3,3’-二硫代双(磺酸琥珀酰亚 氨基丙酸酯)，使3,3’-二硫代双(磺酸琥珀酰亚氨基丙 酸酯)浓度为0.05-0.2克每升；在室温条件下，反应3-5 小时；
(4)按体积比为5:1的比例，在步骤(3)得到的溶液中加入 步骤(2)浓缩得到的银纳米粒子；将溶液的pH值调节 在9-10；再次加入适量的3,3’-二硫代双(磺酸琥珀酰亚 氨基丙酸酯)，使3,3’-二硫代双(磺酸琥珀酰亚氨基丙 酸酯)浓度为0.05-0.2克每升；常温搅拌12-15小时； 反应完成后，将纳米粒子离心洗涤等体积分散；
(5)以体积比100:1，在步骤(4)所等体积分散制得的纳米 粒子中加入浓度为2-20微摩尔每升的荧光染料Marina 琥珀酰亚胺酯，在室温条件下搅拌3-5小时；得 到表面包覆了药物分子的核-壳结构荧光纳米复合物。

2.  根据权利要求1所述的一种具有药物释放功能的荧光纳米 复合物的制备方法，其特征在于：将金纳米粒子或者金银合金纳米粒 子替换金属银纳米粒子作为核-壳结构，其形貌为球型、三角形、立 方体、枝杈状、棒状。

3.  根据权利要求1所述的一种具有药物释放功能的荧光纳米 复合物的制备方法，其特征在于：用2-巯基乙胺或者L-半胱氨酸替 换胱氨酸进行金属纳米粒子表面的氨基修饰。

4.  根据权利要求1所述的一种具有药物释放功能的荧光纳米 复合物的制备方法，其特征在于：用壳聚糖分子或聚乙烯亚胺分子替 换聚赖氨酸分子，形成金属纳米粒子表面的聚合物壳层。

说明书一种具有药物释放功能的荧光纳米复合物的制备方法
技术领域
本发明涉及功能性纳米复合物材料制备领域，特别涉及一种基于 金属增强荧光的具有药物释放功能的荧光纳米复合物的制备方法，可 以通过荧光强度变化表征金属表面所负载药物的释放过程。
背景技术
目前，传统的化疗药物正面临许多亟待解决的问题，包括在血液 循环中易被快速清除，较差的生物分散性，以及对非癌变细胞毒性较 大等缺点。而相较于游离的药物分子，基于纳米粒子的药物载体可有 效提升药物的药理学性质。其优势主要有：第一，借助肿瘤细胞的高 通透性和滞留效应(Enhanced permeability and retention,EPR)， 直径在200纳米以内的纳米粒子可选择性地在肿瘤组织上富集，并且 可以避免药物进入正常组织血管中，以及被免疫细胞的吞噬作用清 除；第二，某些疏水性药物在生物体系内的可溶性和渗透性较差，药 物载体可有效提升其生物分散性；第三，药物载体可提高细胞内的药 物浓度，特别是在一些抗药性较强的癌细胞中，游离化疗药物常常被 运输蛋白泵出细胞，而药物载体可有效避免这种消极效果。
当前，大多数药物载体的释放过程难以用传统的成像方法，如电 子计算机断层扫描(CT)，核磁共振成像(MRI)，X射线，或是内窥 镜检查来表征。如何获得药物释放时间、位置和方式的直观反馈成为 药物递送领域一个亟待解决的问题。
在本发明中，我们制备了具有巯基响应性的核-壳结构荧光纳米 复合物作为药物载体。这种载体由聚合物壳层和作为核结构的金属纳 米粒子组成。壳层表面组装荧光染料，药物分子被包覆在聚合物壳层 内部。由于聚合物壳层由二硫键交联，在该纳米复合物进入细胞后， 二硫键被高浓度的谷胱甘肽分子打断实现药物释放。同时，由于荧光 染料与金属纳米粒子的距离随释放过程变化，金属纳米粒子的增强荧 光效应随之发生变化，引起体系荧光强度的改变，从而药物的释放过 程可通过荧光变化来表征。因此，本发明提供了一种基于荧光检测技 术的可直观反馈药物释放过程的纳米复合物的制备方法，在癌症治疗 领域具有很好的应用前景。
发明内容
本发明目的在于针对现有药物释放载体药物释放过程监测手段 繁琐，灵敏度低等缺点，提供一种可实现对药物释放位点、释放过程 进行灵敏、便捷、有效的监测的功能性荧光纳米复合物的制备方法。
本发明的技术方案是选用含有二硫键的交联剂，将生物亲和性聚 合物(如聚赖氨酸分子)交联聚合在金属纳米粒子表面，同时将药物 通过化学键或者静电吸附作用与聚合物分子结合，从而将药物包覆在 聚合物壳层中，形成一种核-壳结构的纳米复合物。然后在所制备的 纳米复合物最外层组装上荧光染料。当环境中存在一定浓度含有巯基 的还原性生物分子时，聚合物壳层中的二硫键被切断，释放出药物。 并且壳层厚度发生改变，引起其表面荧光物质与金属纳米粒子之间距 离的变化，从而荧光强度发生改变，实现通过对荧光强度的观测达到 对药物释放过程监测的目的。示意图如图1所示。
本发明的具体步骤如下：
(1)将银离子浓度为0.5-1毫摩尔每升的新鲜配置的银氨溶液快 速加入等体积的浓度为0.1毫摩尔每升的单宁酸溶液中，室 温下快速搅拌30分钟至60分钟，制备直径范围为25-35纳 米的球型银纳米粒子。反应完成后，将银纳米粒子离心洗涤， 分散在等体积的水中待用；
(2)以体积比1:20至1:5，将新鲜配置的浓度为1-10毫摩尔每 升的胱氨酸溶液加入浓度为10-12纳摩尔每升的银纳米粒子 溶液中，室温搅3-5小时，然后离心洗涤银纳米粒子，除去 未反应的胱氨酸，将离心所得的银纳米粒子集中收集，分散 在去离子水中，将其体积浓缩5倍；
(3)以250:1至500:1的体积比，在浓度为0.5-2克每升的聚赖 氨酸溶液中加入浓度为5毫摩尔每升的阿霉素溶液，搅拌均 匀后，将溶液的pH值调节在9-10，然后加入适量的3,3’- 二硫代双(磺酸琥珀酰亚氨基丙酸酯)，使其浓度为0.05-0.2 克每升。在室温条件下，反应3-5小时；
(4)以体积比5:1，向步骤(3)得到的溶液中加入步骤(2)得 到的银纳米粒子。将溶液的pH值调节在9-10，再次加入适 量的3,3’-二硫代双(磺酸琥珀酰亚氨基丙酸酯)，使其浓度 为0.05-0.2克每升。室温搅拌12-15小时。反应完成后，将 粒子离心洗涤等体积分散；
(5)以100:1的体积比，在步骤(4)所制得的纳米粒子中加入 浓度为2-20微摩尔每升的荧光染料Marina琥珀酰亚 胺酯，在室温条件下搅拌3-5小时。得到表面包覆了药物分 子的核-壳结构荧光纳米复合物。
步骤(1)中所制得的金属纳米粒子优选为银纳米粒子、金纳米 粒子以及金银合金纳米粒子。
步骤(2)中对金属纳米粒子表面进行氨基修饰的小分子优选为 胱氨酸、2-巯基乙胺、L-半胱氨酸等同时具有巯基和氨基的小分子化 合物。
步骤(3)中所述的聚赖氨酸可以用同样富含氨基的壳聚糖分子 及聚乙烯亚胺分子替代。
步骤(3)中所述药物优选为阿霉素，也可选择其它带有氨基或 者羧基的药物。
与现有的药物载体相比，本发明制备的功能性荧光纳米复合物作 为药物载体具有一定的普适性，优选为带有氨基基团的药物。由于粒 子外层组装了荧光物质作为观测药物释放过程的指示物质，因此不要 求所选药物具有荧光性，从而扩大了该荧光纳米复合物作为药物载体 的实用性。
此外，该荧光纳米复合物的壳层选用聚赖氨酸、壳聚糖等生物兼 容性优异的聚合物大分子进行组装，大大提高了此种药物载体体系的 细胞亲和性，对正常细胞毒性小。而在癌细胞中，其内部谷胱甘肽含 量通常大大高于正常细胞，因此，聚合物壳层的交联点被谷胱甘肽切 断，引起药物的释放，并且壳层厚度的改变引起荧光物质与金属纳米 粒子表面间距的变化。由于金属增强荧光效应具有距离依赖性，通过 对荧光物质荧光强度变化的监测可以间接反应出药物释放的过程，而 通过荧光显微镜则可以观察药物释放过程。
附图说明
图1为所制备的荧光纳米复合物的结构示意图。
图1中，标记为1为金属纳米粒子，2为聚合物壳层。图中的小 黑点代表药物分子，标记F的类太阳符号则代表荧光分子。
具体实施方式
实施例1
(1)将银离子浓度为1毫摩尔每升的新鲜配置的银氨溶液快速 加入等体积的浓度为0.1毫摩尔每升的单宁酸溶液中，室温 下快速搅拌半小时至一小时，制备平均直径为25纳米的球 型银纳米粒子。反应完成后，将银纳米粒子离心洗涤，分散 在等体积的去离子水中待用；
(2)以1:5的体积比，将浓度为1毫摩尔每升的新鲜配置的胱氨 酸溶液加入浓度为10纳摩尔每升的银纳米粒子溶液中，室 温搅拌5小时，然后离心洗涤银纳米粒子，将溶液体积浓缩 5倍；
(3)以250:1的体积比，在浓度为0.5毫克每毫升的聚赖氨酸溶 液中加入浓度为5毫摩尔每升的阿霉素溶液，搅拌均匀后， 将溶液的pH值调至pH＝10，然后加入3,3’-二硫代双(磺酸 琥珀酰亚氨基丙酸酯)，使其浓度为0.2克每升，在室温条 件下，反应5小时；
(4)以5:1的体积比，在步骤(3)得到的溶液中，加入步骤(2) 中得到的银纳米粒子，将溶液的pH值调至pH＝10，再次加 入3,3’-二硫代双(磺酸琥珀酰亚氨基丙酸酯)，使其浓度为 0.2克每升，常温搅拌12小时。反应完成后，将粒子离心洗 涤等体积分散；
(5)以100:1的体积比，在步骤(4)所制得的纳米粒子中加入 浓度为2微摩尔每升的荧光染料Marina琥珀酰亚胺 酯，在室温条件下搅拌5小时。得到表面包覆了药物分子的 核-壳结构荧光纳米复合物。
实施例2
(1)取质量分数为0.01％的氯金酸溶液，煮沸，以体积比133:1， 向其中加入质量分数为1％的柠檬酸钠溶液，保持沸腾30 分钟，制得平均直径为25纳米的金纳米粒子；
(2)将溶液pH值调至pH＝8，以体积比1:20，将新鲜配置的浓 度为1毫摩尔每升的半胱氨酸溶液加入步骤(1)中制备的 金纳米粒子溶液中，室温搅拌5小时，然后离心洗涤金纳米 粒子，除去未反应的半胱氨酸，将离心所得的金纳米粒子集 中收集，体积浓缩5倍；
(3)以250:1的体积比，在浓度为1毫克每毫升的聚赖氨酸溶液 中加入浓度为5毫摩尔每升的阿霉素溶液，搅拌均匀后，将 溶液的pH值调至pH＝10，然后加入适量3,3’-二硫代双(磺 酸琥珀酰亚氨基丙酸酯)，使其在整个反应液中浓度为0.1 克每升。在室温条件下，反应5小时；
(4)以体积比5:1，在(3)得到的溶液中加入步骤(2)中得到 的金纳米粒子，将溶液的pH值调至pH＝10，再次加入3,3’- 二硫代双(磺酸琥珀酰亚氨基丙酸酯)，使其在整个反应液 中浓度为0.1克每升。室温搅拌12小时。反应完成后，将 粒子离心洗涤等体积分散；
(5)以体积比100:1，在步骤(4)所制得的纳米粒子中加入浓度 为20微摩尔每升的荧光染料Marina琥珀酰亚胺酯， 在室温条件下搅拌5小时。得到表面包覆了药物分子的核- 壳结构荧光纳米复合物。
实施例3
(1)取质量分数为0.01％的氯金酸溶液，煮沸，以体积比133:1， 向其中加入质量分数为1％的柠檬酸钠溶液，保持沸腾30 分钟，制得平均直径为25纳米的金纳米粒子；
(2)将溶液pH值调至pH＝8，以体积比1:20，将新鲜配置的浓 度为1毫摩尔每升的2-巯基乙胺溶液加入步骤(1)中制备 的金纳米粒子溶液中，室温搅拌5小时，然后离心洗涤金纳 米粒子，除去未反应的半胱氨酸，将离心所得的金纳米粒子 集中收集，体积浓缩5倍；
(3)以体积比250:1，在浓度为2毫克每毫升的聚赖氨酸溶液中 加入浓度为5毫摩尔每升的阿霉素溶液，搅拌均匀后，将溶 液的pH值调至pH＝10，然后加入3,3’-二硫代双(磺酸琥珀 酰亚氨基丙酸酯)，使其在整个反应液中浓度为0.1克每升。 在室温条件下，反应5小时；
(4)以体积比5:1，在(3)得到的溶液中加入步骤(2)中得到 的金纳米粒子，将溶液的pH值调至pH＝10，再次加入3,3’- 二硫代双(磺酸琥珀酰亚氨基丙酸酯)，使其在整个反应液 中浓度为0.1克每升。室温搅拌12小时。反应完成后，将 粒子离心洗涤等体积分散；
(5)以体积比100:1，在步骤(4)所制得的纳米粒子中加入浓度 为20微摩尔每升的荧光染料Marina琥珀酰亚胺酯， 在室温条件下搅拌5小时。得到表面包覆了药物分子的核- 壳结构荧光纳米复合物。
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不 受上述实施例的限制，金属纳米粒子除了金、银纳米粒子外，还有金 银合金纳米粒子等具有表面等离子体的金属纳米结构。纳米粒子的粒 径在20-100纳米范围内均可，纳米粒子的形貌可以是球状、棒状、 立方体、枝杈状等；而药物在壳层中的包覆，并不限于用交联剂交联， 还可以是氢键作用、静电吸附作用或者氨基羧基缩合反应，因而药物 的选择也具有多样性。而富含氨基的聚合物分子均可作为聚合物壳层 的组合单元。