氧化石墨烯-盐酸阿霉素纳米复合材料的制备及应用

氧化石墨烯-盐酸阿霉素纳米复合材料的制备及应用

1在生物医药及环保方面的应用随着纳米技术和生物药物的发展，纳米药物已成为研究领域。纳米药物载体可以高效负载药物、靶向传递药物及可控地释放药物,并且可以延长药物作用时间,具有生物相容性及毒副作用小等优点。纳米药物载体可分为纳米粒、纳米脂质体、聚合物胶束及纳米磁性颗粒。常见的纳米药物载体有碳纳米管、微球、脂质体或铁氧体磁性粒子等,它们通过表面吸附、氢键、嵌入或其它反应负载药物。石墨烯是一种具有二维蜂窝状结构的新型纳米材料,它具有优异的力学、热学、电学和光学性能,在生物医药、生物传感器及电化学等方面具有潜在的应用。近年来,一些学者探索了石墨烯在生物医药方面的应用,特别是生物靶向及药物传递方面,取得了一定的成果。石墨烯具有较大的比表面积,可以通过其上下表面及其边缘负载药物,负载能力比其它纳米材料高很多。当石墨烯被氧化成氧化石墨烯后,结构中增加了羧基、羟基及环氧基团,提高了氧化石墨烯的水溶性,使氧化石墨烯更加易于在人体血液中溶解、流动。戴宏杰课题组研究了聚乙二醇化的纳米氧化石墨烯作为抗癌药物载体,通过非共价键吸附抗癌药物;同时,功能化的氧化石墨烯具有生物相容性及无毒性,可以高效地负载抗癌药物。张立明等研究了功能化的氧化石墨烯能够高效负载两种抗癌药物,并对乳腺癌细胞具有特异性;两种抗癌药物联合负载对癌细胞产生较大的毒性,从而更有效地杀死癌细胞。杨晓英等报道了氧化石墨烯可以高效负载盐酸阿霉素,同时在不同pH值下可以控制药物的释放,从而达到更好的医疗效果。本文研究了盐酸阿霉素(DXR)在氧化石墨烯(GO)上的高效负载,负载率高于其它文献报道,并考虑到人体血液的流动速率,采用静态透析,控制药物在不同pH值下的释放。同时,利用红外光谱及紫外可见光谱对DXR在GO上的吸附作用进行了分析。2实验2.1mape-roos-cmno4的制备通过改性Hummers法制备氧化石墨烯。首先,在69mL浓H2SO4中加入1.5gNaNO3、3g天然石墨和9gKMnO4,将温度调节至0℃,搅拌一段时间。随后,升温至35℃,搅拌反应1h。之后,加入138mL去离子水,升高温度至98℃,再加入420mL去离子水和30mL双氧水。对反应后的溶液进行热滤,并用5%的盐酸清洗,得到氧化石墨。将氧化石墨溶于水中并超声1.5h,离心取上层液体,再次溶于一定量浓盐酸中,离心得下层沉淀,在65℃下干燥24h即得氧化石墨烯。2.2暗条件下反应12h称量一系列不同质量的DXR溶于0.16mg/mL的GO溶液中,超声1h,在黑暗条件下于振荡器上反应12h。对反应液于14000r/min下高速离心1h,取上层清液,通过紫外-可见分光光度计在485nm处测量其吸光度,从而可以确定上清液的浓度,计算出DXR在GO上的单位负载量,单位负载量计算可依据式(1):2.3外透析液释放量的测定取某一浓度的9mLGO-DXR溶液,将其均分为3份,置于透析袋中,分别放于80mLpH值为4.00、6.86和9.18的磷酸缓冲溶液中,静置,透析1d,随后在不同时间点测量外透析液的吸光度,从而计算得DXR的释放量,释放百分量的计算可依据式(2):2.4结构和表面形貌表征通过高分辨透射电子显微镜(HRTEM,JEOL3010)对制备的GO和GO-DXR的结构和表面形貌进行表征,用红外光谱仪(FT-IR,NicoletNexus670)和紫外-可见分光光度计(UV,TU1810)对样品的组成进行分析。3xr负载氧漂体的释放能力图1为Hummers法制备的氧化石墨烯的高分辨透射电镜图。由图1可以看出,氧化石墨烯为薄而透明的丝绸状,并出现褶皱状的片层结构,与石墨烯的典型结构类似。因此,氧化石墨烯的片层结构为盐酸阿霉素的负载提供了良好的平台,它可以通过其上下表面及边缘部分均匀负载盐酸阿霉素,从而氧化石墨烯实现了其纳米药物载体的作用。图2为GO负载DXR前后的傅里叶红外光谱图。图3为GO负载DXR前后的紫外-可见光谱图,其中,图3(a)为GO的紫外-可见光谱图,图3(b)为DXR的紫外-可见光谱图,图3(c)为复合物GO-DXR的紫外-可见光谱图。由图3可以看出,GO在241nm处存在明显的特征峰,而238和484nm处的宽峰为DXR的特征峰。GO和DXR复合后可以明显观察到DXR的特征峰,表明复合物中存在DXR,DXR成功负载到氧化石墨烯片层上。同时,可以发现,复合物中DXR的峰发生一定程度的红移,238和484nm分别红移到239和488nm处,说明GO和DXR之间发生了结合,形成了质子供体和质子受体间的氢键。振荡实现的,图4为DXR在GO上的负载含量随DXR浓度的变化关系。由图4可以看出,随着DXR浓度的增加,DXR在GO上的负载量逐渐增加,已达到4.6mg/mg的高效负载量。DXR在GO上的负载量并未达到饱和,因此GO负载DXR的饱和负载量还有待继续研究。由此可以看出,氧化石墨烯因其较大的比表面积,而具有比其它材料更高的负载量,因此,氧化石墨烯在纳米药物载体方面有潜在的利用价值,同时在生物医药及肿瘤靶向药物方面具有更实际的应用。考虑到人体血液的流动速率达不到搅拌的程度,本文采用静态透析,将GO-DXR在不同pH值的磷酸缓冲液中培养25h,以更加符合药物在人体中的释放效果。图5为不同pH值下DXR从复合物上的释放量随着时间的变化。由图5可以看出,3种情况下DXR的释放百分量均随时间的延长而逐渐增大,在25h时达到饱和。15h后,DXR在3个pH值下的释放量基本达到平台,增加幅度不大。DXR在pH值为9.18时释放百分量最低,仅为12%;而pH值为4.00时的释放百分量最高,达到37.7%,几乎为碱性条件下释放量的3倍。由此可知,酸性条件对药物的释放有利。药物依赖pH值而释放在临床中有非常重要的作用,同时,由于癌细胞的细胞外环境和细胞内溶酶体都是弱酸性条件,因此酸性条件下易于控制药物释放。图6为DXR在不同pH值下1h时的释放百分量。在pH值为4.00、6.86和9.18时,DXR从GO-DXR上的释放百分量分别为9.65%、5.90%和1.43%。由此可知,酸性条件下有利于DXR的释放。因为DXR在低pH值下具有亲水性和水溶性,并且DXR含有NH2基,所以DXR在酸性条件下与水的结合能力大于碱性条件下。而pH值为6.86时,接近肿瘤细胞的pH值,在此条件下释放量较大,较为容易,可以达到药物治疗肿瘤的效果。4go-drt-ro在纳米药物载体方面的释放特性(1)采用改性Hummers法制备了氧化石墨烯,通过简单超声、振荡等方法将盐酸阿霉素负载在氧化石墨烯上;并通过红外光谱及紫外-可见光谱分析可知,盐酸阿霉素与氧化石墨之间的作用为氢键反应。(2)盐酸阿霉素在氧化石墨烯上的负载量较其它纳米材料高很多,其负载量高达4.6mg/mg,因此氧化石墨烯在纳米药物载体方面具有潜在的优势。(3)GO-DXR在不同pH值下静态透析的释放情况表明,盐酸阿霉素在酸性条件下的释放量最高,符合肿瘤细胞中pH值的环境,从而在生物医学方面易于控制药物的释放。图2(a)为GO的红外光谱图,其中3423cm-1处为O—H的伸缩振动峰,2854cm-1处为C—H的伸缩振动峰,1721cm-1处为—COOH中Cue5caO的伸缩振动峰。图2(b)为DXR的红外光谱图,3327cm-1处为O—H的伸缩振动峰,2977、2933和2844cm-1处均为DXR的C—H伸缩振动峰,1730cm-1处为Cue5caO的伸