纳米介孔二氧化硅的制备和修饰研究

张 雷，史 锐，康廷国，邹长鑫

(辽宁中医药大学药学院，辽宁 大连116600)

纳米介孔二氧化硅的制备和修饰研究

张 雷，史 锐，康廷国*，邹长鑫

(辽宁中医药大学药学院，辽宁 大连116600)

以十六烷基三甲基溴化铵(CATB)为模板剂、正硅酸乙酯(TEOS)为硅源，采用化学沉淀法制备纳米介孔二氧化硅；通过氨基硅烷偶联剂和巯基硅烷偶联剂(1∶1)的共同作用，在无水体系中制备氨基和巯基共同修饰的纳米介孔二氧化硅，并通过扫描电镜、X-射线衍射仪和傅立叶变换红外光谱仪对修饰前后的纳米介孔二氧化硅进行表征。结果表明，纳米介孔二氧化硅粒子形态均一，平均粒径在100 nm左右，分散性良好；修饰后的纳米介孔二氧化硅粒子形貌及分散性依然良好，平均粒径在150 nm左右。该研究为纳米介孔二氧化硅载药体系的研究提供了新思路和实验基础。

纳米介孔二氧化硅；氨基；巯基；修饰；载药体系

药物控制递送系统(controlled drug-delivery systems，DDSs)广泛应用于生物医药材料领域，可以在一定程度上控制药物的释放速率、释放时间，能够在特定部位进行靶向性释放[1]。纳米介孔二氧化硅(mesoporous silica nanoparticles，MSNs)毒性低，在体内、体外均有良好的生物相容性，兼具介孔材料和纳米材料的双重特征，具有更好的化学和生物稳定性[2-4]。研究表明，粒径小于200 nm的MSNs粒子在肝脏不易被吞噬细胞清除掉而且还能在血液中达到长循环的效果，相对于其它无孔的纳米粒子，MSNs不论是孔道内还是粒子表面都可以吸附其它分子[5]。吸附了抗癌药物的MSNs载药体系提高了单独使用抗癌药的选择性和抗癌活性。MSNs表面存在大量的Si-OH，可以对其进行材料表面和孔道双重修饰[6]。在孔道附近修饰上类似于“锁头”的客体分子，作为药物释放开关，不需外界诱导，药物便能有效可控地到达指定部位[7-8]。作者以十六烷基三甲基溴化铵(CATB)为模板剂、正硅酸乙酯(TEOS)为硅源，采用化学沉淀法制备MSNs；通过氨基硅烷偶联剂和巯基硅烷偶联剂(1∶1)的共同作用，在无水体系中制备氨基和巯基共同修饰的MSNs，并通过扫描电镜、X-射线衍射仪和傅立叶变换红外光谱仪对修饰前后的MSNs进行表征。以期为MSNs药物载体在生物医药领域中的应用拓宽思路。

1 实验

1.1 试剂与仪器

正硅酸乙酯(TEOS)、 十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)、氨基硅烷偶联剂(APTES)、巯基硅烷偶联剂(MPTMS)、氨水、无水乙醇均为分析纯，国药集团化学试剂有限公司；蒸馏水，自制。

SX2-12-12D型马弗炉，上海和呈仪器制造有限公司；DZF-6020型真空干燥箱，北京中科博达仪器科技有限公司；SHB-Ⅲ型真空抽滤机，上海羌强实业发展有限公司；JJ-1型电动搅拌器，常州润华电器有限公司；FTIR-650型傅立叶变换红外光谱仪，广州科晓科学仪器有限公司；SNE-4500M型扫描电子显微镜，深圳方特科技有限公司；TD-3500型X-射线衍射仪，丹东通达科技有限公司。

1.2 MSNs的制备

将CTAB与蒸馏水按1∶500混合，室温下匀速搅拌；待CTAB完全溶解后，加入适量氨水；逐滴加入TEOS，搅拌2 h；再逐滴加入2 mL TEOS，继续搅拌3 h，反应结束后产生白色沉淀，室温静置；用大量蒸馏水洗涤后抽滤，于60 ℃烘箱中烘干，得到白色粉末；置于马弗炉中焙烧去除模板剂，即得MSNs。

1.3 氨基与巯基共同修饰的MSNs的制备

称取300.0 mg MSNs分散在含有氨基硅烷偶联剂与巯基硅烷偶联剂(1∶1)的30.0 mL无水甲苯的三颈瓶中，均匀超声，80 ℃水浴搅拌12 h，冷却，真空抽滤，无水乙醇洗涤2次，于60 ℃真空干燥箱中干燥，即得氨基与巯基共同修饰的MSNs。

1.4 结构表征

用扫描电镜(SEM)直接观察修饰前后MSNs粒子形貌，估算其平均粒径及粒径分布。通过红外光谱(FTIR)分析产物是否制备成功，并能直观反映氨基与巯基是否同时被修饰在MSNs上。通过X-射线衍射(XRD)图谱分析，获得粒子形态等信息。

2 结果与讨论

2.1 SEM分析(图1)

图1 MSNs修饰前(a、b)后(c、d)的SEM照片Fig.1 SEM images of MSNs before(a，b) and after(c，d) modification

从图1可以看到，(1)修饰前的MSNs几乎都是球状，外形轮廓比较光滑，均一性良好，平均粒径在100 nm左右，有少许团聚现象发生，可能是由于焙烧除模板后二氧化硅表面大量的Si-OH发生自缩聚所致。(2)修饰后的MSNs外形轮廓变得较为粗糙，颗粒有些变大，平均粒径在150 nm左右，粒子之间已经开始团聚，有的甚至团聚成大颗粒，表明MSNs经过氨基与巯基修饰后，化学反应活性位点增加，表面极性增大，彼此之间易发生反应，产生团聚，证明氨基与巯基已成功地修饰到MSNs表面。

2.2 XRD分析(图2)

从图2可以看出，(1)修饰前的MSNs在2.5°左右有一个较强的衍射峰，对应于(100)面，是六方结构介孔材料最主要的特征峰，该衍射峰较强，表明所合成的材料有序度较高；在4°～5°之间有2个较弱的(100)和(200)衍射峰。这些峰的位置与六方晶格衍射峰的位置吻合，表明所制备的MSNs具有MCM-41纳米介孔材料结构的特征。(2)修饰后的MSNs在2.3°左右出现了特征峰，说明MSNs材料表面修饰的氨基和巯基官能团基本上没有破坏介孔材料的孔道结构，但其峰强度均有不同程度的下降，说明MSNs材料经过氨基和巯基官能团的修饰，其有序度有所下降。

2.3 FTIR分析(图3)

从图3可以看出，(1)修饰前的MSNs在1 087 cm-1处的吸收峰是明显的Si-O-Si的对称伸缩振动和非对称伸缩振动；1 633 cm-1和3 367 cm-1处是Si-OH的特征吸收峰；2 933 cm-1处的吸收峰是少量的表面活性剂的甲基和亚甲基的杂质峰，说明焙烧过程中模板剂还未完全除掉。(2)修饰后的MSNs在1 087 cm-1处是Si-O-Si的特征吸收峰，1 633 cm-1处为Si-OH的特征吸收峰，峰强度减弱说明硅羟基与硅烷偶联剂嫁接较多；2 578 cm-1处为巯基S-H的伸缩振动峰；1 580 cm-1处为氨基的弯曲振动特征吸收峰；3 436 cm-1和3 370 cm-1处出现了伯胺的双峰。表明成功制备了氨基与巯基共同修饰的MSNs。

图2 MSNs修饰前后的XRD图谱Fig.2 XRD patterns of MSNs before and after modification

图3 MSNs修饰前后的FTIR图谱Fig.3 FTIR spectra of MSNs before and after modification

3 结论

以十六烷基三甲基溴化铵(CATB)为模板剂、正硅酸乙酯(TEOS)为硅源，采用化学沉淀法制备MSNs；通过氨基硅烷偶联剂和巯基硅烷偶联剂(1∶1)的共同作用，在无水体系中制备氨基和巯基共同修饰的MSNs，并通过扫描电镜、X-射线衍射仪和傅立叶变换红外光谱仪对修饰前后的MSNs进行表征。结果表明，制备得到的MSNs粒子分散性较好，平均粒径在 100 nm 左右，符合预期尺寸要求，可作为药物载体。氨基和巯基共同修饰的MSNs粒径和形貌依然完好，MSNs材料的孔道结构没有被破坏，只是有序度稍稍下降，分散性比较理性，颗粒之间可能会有团聚，平均粒径在150 nm左右，可作为良好的药物载体。该研究为药物载体的深入研究提供了新的思路和实验基础。

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PreparationandModificationofMesoporousSilicaNanoparticles

ZHANG Lei,SHI Rui,KANG Ting-guo*,ZOU Chang-xin

(SchoolofPharmacy,LiaoningUniversityofTraditionalChineseMedicine,Dalian116600,China)

Using cetyltrimonium bromide(CATB) as a template,ethyl orthosilicate(TEOS) as a silicon source,we prepared mesoporous silica nanoparticles by a chemical precipitation method.Through combined action of amion silane coupling agent and mercapto silane coupling agent(1∶1),we prepared mesoporous silica nanoparticles modified with amino-group and mercapto-group simultaneously in anhydrous system.Moreover,we characterized their structures by scanning electron microscopy,X-ray diffractometer,and Fourier transform infrared spectrometer.Results indicated that mesoporous silica nanoparticles were homogeneous,the average particle size was about 100 nm,and the dispersibility was favorable.And modified mesoporous silica nanoparticles were still homogeneous,the average particle size was about 150 nm,and the dispersibility was still favorable.This study provides a new idea and experimental basis for the research of drug-loading system with mesoporous silica nanoparticles as carriers.

mesoporous silica nanoparticle;amino-group;mercapto-group;modification;drug-loading system

O613.72

A

1672-5425(2017)10-0037-03

辽宁省自然科学基金项目(2013020162)

2017-06-05

张雷(1989-)，男，辽宁丹东人，硕士研究生，研究方向：中药新剂型，E-mail：zhanyL989@163.com；通讯作者：康廷国，教授，博士生导师，E-mail：kangtg@lnutcm.edu.cn。

10.3969/j.issn.1672-5425.2017.10.008

张雷，史锐，康廷国，等.纳米介孔二氧化硅的制备和修饰研究[J].化学与生物工程，2017，34(10)：37-39.