介孔二氧化硅纳米粒子应用于可控药物传输系统的若干新进展
介孔硅纳米材料作为药物运输载体应用的研究进展

介孔硅纳米材料作为药物运输载体应用的研究进展金勤玉;徐维平;徐婷娟;潘钊;吴亚东;盛竹君【摘要】介孔硅纳米材料作为药物运输载体主要是将药物载入介孔中,用不同的“纳米阀门”阻塞孔道,使药物到达靶部位前零释放,然后通过不同的内部刺激(pH、温度、酶等)或外部刺激(光、磁场、超声等),“纳米阀门”移除、断裂或分解,控制药物释放,达到控释和缓释的作用.该文主要从介孔硅纳米材料的生物安全性、介孔硅的不同类型智能响应系统的研究进展,介孔硅纳米材料作为药用载体的不足及应用前景等方面进行综述.【期刊名称】《广州化工》【年(卷),期】2015(043)003【总页数】3页(P13-15)【关键词】介孔硅;纳米材料;生物安全性;刺激-响应【作者】金勤玉;徐维平;徐婷娟;潘钊;吴亚东;盛竹君【作者单位】安徽中医药大学,安徽合肥230031;安徽省立医院,安徽合肥230011;安徽省立医院,安徽合肥230011;中国科学技术大学,安徽合肥230026;安徽中医药大学,安徽合肥230031;安徽中医药大学,安徽合肥230031【正文语种】中文【中图分类】R979.1近几年,无机介孔二氧化硅 (mesoporous silican,MSN)纳米材料作为“刺激-响应”智能控制释放药物的研究取得了巨大的进步,MSN 具有稳定性好、细胞毒性低、孔隙大,粒径可控、表面容易修饰[1]等优点,将MSN 表面修饰,使其功能化后,通过pH[2],酶[3],光[4],氧化还原[5],磁场[6],超声[7]等作用来控制药物定时、定点、定量的释放,从而提高治疗部位的药物浓度,减少对正常细胞、组织或器官产生的不良反应。
1.1 MSN 的生物安全性介孔二氧化硅纳米粒子是20 世纪90 年代首次提出的[8],使用表面活性剂作为结构导向剂,合成的表面具有均一介孔的纳米材料,主要应用方向是催化、生物传感、疾病诊断和载药等。
作为药物运输载体,首先应考虑材料的生物相容性、细胞毒性和材料在体内吸收、分布、代谢、排泄等。
刺激响应型介孔二氧化硅基纳米药物递送系统的构建与性能研究

刺激响应型介孔二氧化硅基纳米药物递送系统的构建与性能研究摘要:随着纳米技术的发展,纳米药物递送系统作为一种新型的药物递送途径受到了广泛关注。
介孔二氧化硅(mesoporous silica,简称MS)作为一种稳定性良好、无毒副作用的纳米材料,被广泛应用于纳米药物递送系统的构建。
本文采用一种刺激响应型的介孔二氧化硅(responsive mesoporous silica,简称RMS)为载体构建纳米药物递送系统,并采用荧光探针和细胞实验等手段对其进行性能评价。
实验结果表明,所构建的RMS基纳米药物递送系统具有很好的药物包载能力和刺激响应性,并且在低毒副作用方面表现出了很好的应用前景。
关键词:介孔二氧化硅;纳米药物递送系统;刺激响应;药物包载能力;应用前景Abstract:With the development of nanotechnology, nanomedicine delivery system has attracted widespread attention asa new way of drug delivery. Mesoporous silica (MS) asa stable and non-toxic nanomaterial, has been widely used in the construction of nanomedicine delivery system. In this paper, a responsive mesoporous silica(RMS) as a carrier is used to construct a nanomedicine delivery system, and the performance is evaluated by fluorescent probe and cell experiments. The results showed that the RMS-based nanomedicine delivery system had good drug loading capacity and stimulus responsiveness, and exhibited good application prospects in low toxicity.Keywords: Mesoporous silica; nanomedicine delivery system; stimulus response; drug loading capacity; application prospect第一章绪论1.1 研究意义纳米药物递送系统作为一种新型的药物递送途径,具有在靶点处释放药物的优势,能够提高药物的治疗效果,降低药物的副作用,是目前药物研究领域的热点之一。
介孔二氧化硅纳米粒子在医学应用中的研究综述

介孔二氧化硅纳米粒子在医学应用中的研究综述近年来,介孔二氧化硅纳米粒子作为一种重要的纳米材料,在医学领域中得到了广泛的关注和研究。
介孔二氧化硅纳米粒子具有高比表面积、可调控的孔径大小、较好的生物相容性和药物吸附性能,因此被广泛用于药物传输、生物成像和治疗等方面。
本文将综述介孔二氧化硅纳米粒子在医学应用中的研究进展。
首先,介孔二氧化硅纳米粒子在药物传输方面具有很大的潜力。
其高比表面积和可调控的孔径大小使得药物可以高效地吸附在纳米粒子上,从而提高药物的溶解度和稳定性。
此外,介孔二氧化硅纳米粒子还可以通过控制孔径大小和表面修饰来实现药物的缓释和靶向输送,从而提高药物的疗效和减少副作用。
其次,介孔二氧化硅纳米粒子在生物成像方面也具有广泛的应用。
其较大的比表面积和可调控的孔径大小使得纳米粒子可以有效地吸附荧光染料和核酸探针等成像剂,从而实现生物标记和分子成像。
此外,介孔二氧化硅纳米粒子还可以通过表面修饰和功能化来实现靶向成像,例如将靶向配体修饰在纳米粒子表面,以实现对肿瘤和炎症等病变组织的高效成像。
最后,介孔二氧化硅纳米粒子在治疗方面也具有潜在的应用价值。
其较大的比表面积和可调控的孔径大小使得纳米粒子可以吸附和释放生物活性物质,例如药物、DNA和RNA等。
此外,通过表面修饰和功能化,介孔二氧化硅纳米粒子还可以实现对肿瘤和炎症等病变组织的靶向治疗,从而提高治疗效果和减少副作用。
总之,介孔二氧化硅纳米粒子作为一种重要的纳米材料,在医学应用中具有广泛的潜力。
它们可以用于药物传输、生物成像和治疗等方面,并通过表面修饰和功能化来实现药物的缓释和靶向输送。
然而,目前介孔二氧化硅纳米粒子在生物安全性和毒性方面的研究还不充分,因此在进一步应用前仍需要深入的研究和评估。
二氧化硅纳米颗粒在医药领域中的应用

二氧化硅纳米颗粒在医药领域中的应用二氧化硅纳米颗粒是一种应用最为广泛的纳米材料,其化学性质稳定,表面活性低,不具有毒性和免疫原性,因此在医药领域中有着广泛的应用前景。
一、药物输送系统二氧化硅纳米颗粒在药物输送系统中发挥了重要作用。
在疾病治疗中,药物的低溶解度、不稳定性以及被免疫系统清除等问题严重限制了药物疗效。
通过将药物包裹在二氧化硅纳米颗粒内,能够有效地增加药物的溶解度,提高药物的稳定性,并保护药物免受免疫系统的攻击,从而延长药物的有效时间。
另外,二氧化硅纳米颗粒也可以作为靶向药物输送系统的载体。
通过将二氧化硅纳米颗粒表面特定的功能化修饰,如肿瘤靶向的配体分子或单克隆抗体等,可以使药物直接靶向肿瘤细胞,提高治疗效果,同时减少药物对正常细胞的影响。
二、生物成像二氧化硅纳米颗粒在生物成像中也有广泛应用。
在生物学研究中,对于细胞、组织和器官的精确检测和非侵入性成像是极为重要的。
二氧化硅纳米颗粒具有优异的透明度和荧光性能,因此可以作为成像剂直接注射到生物体内,将目标组织或器官的信息转化为可视化的影像,从而快速诊断疾病。
此外,二氧化硅纳米颗粒还可以用于标记和追踪细胞的位置。
通过将二氧化硅纳米颗粒包裹在细胞外膜或内部,就可以利用其优良的生物相容性和成像性能,追踪细胞的迁移、分化和增殖情况,促进医学研究的进一步发展。
三、医用材料二氧化硅纳米颗粒还可以用于医用材料的制备。
在医学领域中,生物相容性是一项基本要求,而二氧化硅纳米颗粒具有良好的生物相容性,与细胞和组织相互作用的能力也很强。
因此,制备具有二氧化硅纳米颗粒的医用材料,不仅具有良好的生物活性和生物相容性,而且还具有优异的力学性能和稳定性能。
举例来说,二氧化硅纳米材料可以应用于人工骨骼的制作。
与传统的人工骨骼相比,二氧化硅纳米颗粒材料具有更高的生物相容性和生物活性,因此能够更好地结合身体组织,在骨骼再生方面发挥更好的作用。
综上所述,二氧化硅纳米颗粒在医药领域中有着广泛的应用前景,从药物输送、生物成像到医用材料制备均有着重要的作用。
用于药物控释的结合对pH敏感的两亲性嵌段聚合物中空介孔二氧化硅纳米粒子

用于药物控释的结合对pH敏感的两亲性嵌段聚合物中空介孔二氧化硅纳米粒子Microporous and Mesoporous Materials 152 (2012) 16–24Xiao Mei, Dongyun Chen, Najun Li ⇑, Qingfeng Xu, Jianfeng Ge, Hua Li, Jianmei Lu ⇑Laboratory of Absorbent Materials and Techniques for Environment, College of Chemistry, Chemical Engineering and Materials Science, Soochow University, Suzhou 215123, China 1.引言作为一种独特的无机纳米材料,介孔二氧化硅纳米粒子(MSNs)近年来受到关注。
由于其优良的生物相容性,可更改的外表面与丰富的颗粒和可调孔隙大小,这些材料已经越来越多地用作生物医学材料,如药物和基因传递、细胞成像、生物传感器等。
特别是在最近几年MSNs 一直集中应用在药物输送方面。
许多研究者们调查了在自然缓释系统的MSNs(比如MCM41和SBA 15)。
然而,在比较与缓释系统,刺激响应系统可以达到缓释和控释区域选择性,可以提高疗效,减少药物对正常组织的毒性。
因此,需采取一些策略来修改外表面并且满足需求的MSNs“零”药物释放药物载体到达目标区域。
例如,金和同事设计结构的介孔氧化硅粒子被表面接枝聚乙烯亚胺(PEI)/环糊精(CD),这有可能引发通过可逆取出从毛孔的粒子准聚轮烷释放药物。
拜因和同事利用介孔二氧化硅纳米粒子与准备的浇注系统在外面的粒子表面通过延迟co缩合的方法实现药物控制释放。
然而,普通的介孔二氧化硅纳米材料有一些缺陷,如低药物装载量、阻塞后的中孔通道吸附的药物分子和不规则形态,它也不是完美的药物载体。
为了克服这些缺点,一个独特的介孔硅纳米材料、中空介孔二氧化硅纳米粒子(HMS) 已经介绍了他们有一个特殊的结构和空心多孔硅壳。
介孔二氧化硅纳米粒作为抗癌药物递送载体研究进展

㊀收稿日期:2022-11-06基金项目:辽宁省民生科技计划项目(2021JH2/10300067)ꎻ辽宁省教育厅2021年度科学研究经费项目(LJKZ0099)作者简介:陈立江(1969-)ꎬ女ꎬ湖南永州人ꎬ教授ꎬ博士生导师ꎬ研究方向:药物新剂型及其机理.㊀∗通信作者:陈立江ꎬE ̄mail:chlj16@163.com.㊀㊀辽宁大学学报㊀㊀㊀自然科学版第51卷㊀第1期㊀2024年JOURNALOFLIAONINGUNIVERSITYNaturalSciencesEditionVol.51㊀No.1㊀2024介孔二氧化硅纳米粒作为抗癌药物递送载体研究进展陈立江∗ꎬ马㊀艳ꎬ潘㊀昊(辽宁大学药学院ꎬ辽宁沈阳110036)摘㊀要:介孔二氧化硅纳米粒在抗癌药物递送系统中被广泛应用ꎬ因其具有孔径可调控㊁表面易被修饰㊁亲水性较好㊁生物兼容性良好等优势被制备成纳米药物递送载体.本文将从介孔二氧化硅纳米粒的合成方法㊁机理㊁生物降解及其在抗癌药物递送系统中的应用等方面对其进行总结ꎬ希望能为其作为纳米药物递送载体的研究提供帮助.关键词:介孔二氧化硅ꎻ制备ꎻ应用ꎻ降解中图分类号:R944㊀㊀㊀文献标志码:A㊀㊀㊀文章编号:1000-5846(2024)01-0001-07ReviewsofMesoporousSilicaNanoparticlesastheApplicationofAnticancerDrugDeliveryCarriersCHENLi ̄jiang∗ꎬMAYanꎬPANHao(SchoolofPharmaceuticalSciencesꎬLiaoningUniversityꎬShenyang110036ꎬChina)Abstract:㊀Mesoporoussilicananoparticlesarewidelyusedinanticancerdrugdeliverysystemsandarepreparedasnanodrugdeliverycarriersbecauseoftheiradvantagesofadjustableporesizeꎬeasysurfacemodificationꎬgoodhydrophilicityꎬandhighbiocompatibility.Thisarticlewillsummarizethesynthesismethodꎬmechanismꎬbiodegradationandapplicationofmesoporoussilicananoparticlesinanticancerdrugdeliverysystemsꎬhopingtoprovidehelpfortheirresearchasnanodrugdeliverycarriers.Keywords:㊀mesoporoussilicananoparticlesꎻpreparationꎻapplicationꎻdegradation0㊀引言癌症是一类常见的恶性肿瘤ꎬ死亡率极高ꎬ已经困扰了人类几个世纪.到目前为止ꎬ人类与癌症㊀㊀之间的拉锯战仍在焦灼地进行ꎬ2020年全球新发癌症患者19292789人ꎬ死亡9958133人ꎬ死亡率高达51.6%ꎬ其中乳腺癌㊁肺癌㊁结直肠癌㊁前列腺癌㊁胃癌及肝癌等为主要病症[1].癌症的治疗一直都是全球关注的热点ꎬ目前较为常见的是以手术为 主 ㊁药物为 辅 的治疗手段ꎬ阿霉素㊁顺铂㊁紫杉醇等广谱抗癌药被广泛用于癌症的治疗ꎬ但其常规制剂多具有全身毒性较大㊁水溶性较差以及多药耐药等弊端[2-4].近年来ꎬ研究人员将抗癌药物制备成脂质体㊁纳米粒以及载药胶束等新型纳米制剂ꎬ可以改善药物的水溶性㊁降低药物毒副作用㊁增强药物作用效果[5-7].介孔二氧化硅纳米粒(MesoporoussilicananoparticlesꎬMSNs)是一种介孔型无机纳米材料ꎬ因其具有较高的药物负载能力㊁较大的比表面积㊁孔径均匀可调㊁表面易被修饰且生物兼容性良好等特点被广泛用作抗癌药物的递送载体[8-9].1㊀MSNs的制备1.1㊀MSNs的合成机理MSNs的合成机理尚未完全明确ꎬ目前比较受大众认可的包括液晶模板机理㊁协同作用机理和膨胀收缩机理.液晶模板机理(见图1)指先将表面活性剂分子分散在水中形成胶束ꎬ等待胶束自组装形成液晶模板再加入硅源(二氧化硅前驱体化合物)ꎬ使其水解形成二氧化硅(SiO2)附着在其表面并缩合ꎬ最后通过酸刻蚀或煅烧等手段除去表面活性剂分子ꎬ该机理适用于解释直径大于100nm的MSNs的形成过程[10].协同作用机理建立在液晶模板机理基础之上ꎬ该机理认为液晶相是在硅源加入后才开始形成的ꎬ硅源的水解产物促使液晶模板形成ꎬ液晶模板的前驱体促进硅源水解ꎬ二者是相互促进㊁互助共生的关系ꎬ该机理适用于解释表面活性剂浓度较低时MSNs的形成过程[11].膨胀收缩机理(见图2)是指表面活性剂分子先在水中形成椭圆体胶束ꎬ硅源在胶束的疏水核心中溶解ꎬ使胶束从椭圆体转变为球体ꎬ硅源水解将亲水单体释放到水环境中ꎬ带负电荷的单体通过静电吸引力将带正电的表面活性剂分子吸附到胶束表面ꎬ胶束收缩变小ꎬ邻近的胶束聚集ꎬ生长形成具有介孔结构的颗粒ꎬ该机理适用于解释直径小于20nm的MSNs的形成过程[12].图1㊀液晶模板机理示意图[10]图2㊀膨胀收缩机理示意图[12]1.2㊀MSNs的合成方法溶胶-凝胶㊁微波辅助合成以及水热合成法是药物递送系统中MSNs较为常见的制备方法.溶胶-凝胶法的合成过程是让硅源在含有表面活性剂的体系中水解缩合形成溶胶后再形成凝胶ꎬ反应条件温和ꎬ操作简便ꎬ且对实验器材要求较低ꎬ但反应时间稍长ꎬ是最为常用的合成方法[13].微波辅助合成法建立在溶胶-凝胶法基础之上ꎬ在形成前驱体凝胶后利用微波辐射进行加热ꎬ使之迅速结2㊀㊀㊀辽宁大学学报㊀㊀自然科学版2024年㊀㊀㊀㊀晶化ꎬ大量成核ꎬ具有反应迅速㊁产率更高等优点ꎬ但该法制备MSNs的孔径大小和结构的可调节性较小[14-15].水热合成法是指在酸性或碱性条件下ꎬ将表面活性剂与硅源混合后装入高压釜ꎬ经水热处理得到结晶ꎬ反应速度介于溶胶-凝胶法与微波辅助合成法之间ꎬ但该法制备的MSNs纯度较高ꎬ粒度易被控制ꎬ且分散性较好[16].依据MSNs的介孔结构特征可分为多个系列ꎬ其中MCM系列(包括MCM-41㊁MCM-48等)和SBA系列(包括SBA-15㊁SBA-16等)是药物递送系统中的常见应用类型[17].MCM系列等常以阳离子表面活性剂如十六烷基三甲基氯化铵等为模板剂ꎬSBA系列多数以非离子三嵌段共聚物如聚环氧乙烷-聚环氧丙烷-聚环氧乙烷等为模板剂ꎬ两个系列的MSNs在合成过程中均需加入适量的酸性或者碱性物质来调控反应条件ꎬ然后加入正硅酸乙酯或硅酸钠等硅源ꎬ待反应完成后进行后处理ꎬ最后通过煅烧或选择性刻蚀等方法除去模板剂ꎬ得到纯净的MSNs[18-19].1.3㊀MSNs的结构改造MSNs作为药物递送载体一直是比较热门的研究对象ꎬ根据不同的需求ꎬ可对MSNs的结构进行升级和改造.中空介孔二氧化硅纳米粒(HollowmesoporoussilicananoparticlesꎬHMSNs)内部的空腔结构使其具有更大的比表面积和更高的载药量ꎬ适用于封装各种客体分子[20].HMSNs的合成方法包括两种ꎬ可选用单模板自组装法ꎬ即将已合成的MSNs放入热水中孵化ꎬ使其内部的介孔硅层自动溶解ꎬ形成中空空腔.也可选用双模板法ꎬ先制备出一个内核模板ꎬ例如金纳米粒㊁SiO2纳米粒和聚乙烯微球等硬质模板或囊泡㊁乳液㊁胶束等软质模板ꎬ之后利用溶胶-凝胶法在其表面合成MSNsꎬ最后再除去内核模板和介孔壳中的模板剂以此获得HMSNs[21-22].MSNs的孔径介于2~50nm之间ꎬ可容纳小分子药物ꎬ但对于蛋白质㊁酶㊁核酸㊁抗体等生物大分子药物ꎬ传统孔径的MSNs就无法满足载药需求ꎬ可对其进行扩孔ꎬ提升其药物负载能力.在MSNs的合成过程中ꎬ可通过改变pH㊁温度或反应物配比等条件来调节MSNs的孔径大小ꎬ也可以通过直接模板法对MSNs进行扩孔ꎬ即以疏水链较长的表面活性剂为模板剂或添加孔隙膨胀剂ꎬ使其进入胶束中心的疏水部分ꎬ进而扩大孔径[23-24].此外ꎬ还可在MSNs合成后对其进行后处理ꎬ用复盐浸渍法或硫酸辅助水热法对MSNs进行扩孔[25-26].虽然大孔径的MSNs在载药能力上有所提高ꎬ但孔径提升的同时可能会影响其被细胞摄取的能力ꎬ且结构可能会出现坍塌.此外ꎬMSNs还被制备成棒状㊁褶皱状及树突状等多种形态ꎬ用于改善其药物装载㊁递送或释放等性能[27-29].图3㊀HMSNs的合成及载药示意图[30]2㊀MSNs的表面功能化及其在抗癌药物递送系统中的应用如图3所示ꎬMSNs的介孔结构有利于其负载药物ꎬ将药物包覆在其内部后一般会选择适当的材料对MSNs的介孔结构进行修饰ꎬ即对MSNs进行 堵孔 ꎬ防止药物在递送途中发生泄漏ꎬ无法到达治疗部位.由于MSNs的表面具有亲水性和电负性ꎬ通过对其表面的硅烷醇基团进行官能化ꎬ可使其成为具有功能性的药物递送载体ꎬ实现缓㊁控释放药物或者靶向病变部位释放药物等目的[30].目前ꎬ关于功能型MSNs的研究ꎬ较为常见的可大致分为3类ꎬ包括主动靶向型MSNs㊁刺激响应型MSNs以及膜包覆型MSNs.2.1㊀主动靶向型MSNsMSNs的粒径一般小于200nmꎬ因此载药的MSNs可借助高通透性和滞留(Enhanced3㊀第1期㊀㊀㊀陈立江ꎬ等:介孔二氧化硅纳米粒作为抗癌药物递送载体研究进展㊀㊀permeabilityandretentionꎬEPR)效应实现药物在病变部位的蓄积ꎬ但这并不能促进肿瘤细胞对MSNs的选择性摄取.某些多糖㊁肽类及小分子受体等在肿瘤细胞表面会过度表达ꎬ通过物理吸附㊁静电结合或共价键偶联等方法将其配体修饰在MSNs表面ꎬ可将药物靶向递送至肿瘤部位ꎬ促进肿瘤细胞对载药MSNs的选择性吸收ꎬ降低药物对正常组织和细胞的毒副作用.Xu等[31]以聚多巴胺(PDA)改性的透明质酸(HA)修饰HMSNsꎬ成功制备了一种具有靶向和光热双重治疗作用的阿霉素(DOX)纳米制剂ꎬ在降低DOX全身毒性的同时ꎬ实现药物在肿瘤酸性微环境下的响应释放.Ghosh等[32]用3-羧基苯基硼酸和聚丙烯酸修饰MSNsꎬ用于递送4-异丙基苯甲醛ꎬ在小鼠乳腺癌模型中ꎬ表现出良好的体内抗肿瘤活性.Xu等[33]用叶酸(FA)和聚乙二醇(PEG)的共轭体修饰MSNsꎬ用于负载紫杉醇(PTX)ꎬ细胞实验结果表明ꎬFA修饰的MSNs能增强肝癌细胞对载药MSNs的摄取ꎬPEG的包覆可提高MSNs的生物兼容性ꎬ可显著改善紫杉醇的抗肿瘤效果.2.2㊀刺激响应型MSNs在肿瘤部位ꎬ肿瘤细胞的恶性增殖会导致肿瘤组织内部氧气供给不足ꎬ细胞进行无氧代谢ꎬ造成乳酸等酸性物质大量蓄积ꎬ导致肿瘤微环境整体呈现弱酸性[34].另外ꎬ相比于正常组织ꎬ肿瘤部位的谷胱甘肽(GSH)及某些生物酶的浓度较高ꎬ可根据该类特性设计刺激响应型药物递送载体ꎬ让修饰材料在特定的环境中降解ꎬ使药物尽可能地到达靶部位ꎬ防止药物在递送途中被提前释放[35-36].Wang等[37]以碳酸钙和脂质体双层膜包覆MSNsꎬ其中碳酸钙可在溶酶体内的酸性环境中分解ꎬ使溶酶体内部渗透压升高ꎬ破坏溶酶体结构ꎬ触发MSNs的溶酶体逃逸机制ꎬ同时以脂质体膜的包覆来增强纳米粒子的生物兼容性.Shin等[38]用HA修饰HMSNsꎬ引入二硫键形成HMSN SS HAꎬ用于负载DOXꎬ成功制备了一种可在高GSH浓度环境下响应释放药物的靶向制剂.除此之外ꎬ还可在MSNs中掺杂磁性氧化铁等纳米粒子ꎬ使其具有磁性响应功能[39]ꎬGao等[40]将四氧化三铁(Fe3O4)纳米粒杂交到MSNs中ꎬ以FA为堵孔剂ꎬ成功制备了一种具有主动靶向和磁性响应效果的阿霉素纳米制剂ꎬ可用于磁共振成像(MagneticresonanceimagingꎬMRI)引导的放射治疗.2.3㊀膜包覆型MSNs外源性纳米粒子一般会具有免疫原性或毒性ꎬ进入人体后会被免疫系统识别并清除ꎬ使得大部分粒子都聚集在肝㊁脾等器官ꎬ无法到达肿瘤部位[41].为增强MSNs的生物兼容性ꎬ延长药物作用时间ꎬ可选择亲水性高分子材料PEG或聚(乙二醇)甲基丙烯酸酯(Poly(ethyleneglycol)methacrylateꎬPPEGMA)对MSNs的表面进行修饰ꎬ也可用磷脂双层膜对其进行包覆[42].脂质体的化学成分和双层结构与生物膜相似ꎬ可与生物环境高度相容ꎬ提高药物的递送效率ꎬ但脂质体难以完全模仿生物膜的复杂机制[43].近年来ꎬ 复合类药物载体 成了研究人员的关注热点ꎬ以生物膜包覆合成类药物载体ꎬ利用细胞间相互作用的特点ꎬ可增强肿瘤细胞对载药纳米粒子的摄入ꎬ降低免疫系统的抑制外排作用ꎬ提高药物的生物利用度[44].Zhang等[45]构建了一种多层纳米药物载体ꎬ以PDA包覆MSNs使其具有光热刺激响应性ꎬ以生物素包覆使其具有肿瘤细胞靶向性ꎬ最后以红细胞膜包覆增强其逃避免疫系统清除的能力ꎬ结果表明约21.39%的纳米粒在注射24h后仍可存在于血液循环系统.除红细胞膜外ꎬ细菌外膜及癌细胞膜等也被广泛用于 复合类药物载体 的制备.Wang等[46]以大肠杆菌的外膜囊泡包覆PDA修饰MSNsꎬ其中大肠杆菌的外膜囊泡可诱导免疫应答ꎬ借助中性粒细胞的吞噬作用和趋化作用来增强对肿瘤细胞的靶向性.此外ꎬXie等[47]以癌细胞膜包覆MSNsꎬ合成了一种可以逃避宿主免疫系统攻击且同时具有同源靶向能力的纳米颗粒ꎬ增强纳米粒子的细胞内化能力ꎬ提高药物的生物利用度.3㊀MSNs的降解MSNs的降解是一个水解过程ꎬ水性介质中的羟基与其表面的非桥联氧( Si O Si )发生4㊀㊀㊀辽宁大学学报㊀㊀自然科学版2024年㊀㊀㊀㊀亲核反应ꎬ使可溶性硅酸浸出.传统的MSNs需要几天时间才能完成体内降解ꎬ排出体外也需要几周的时间ꎬ这可能导致MSNs在人体内蓄积ꎬ从而暴露生物安全问题ꎬ因此ꎬ以MSNs为药物递送载体时需考虑其在人体内的降解能力[48].扩大孔径㊁增加MSNs的比表面积可以提升水分子与MSNs之间的接触概率ꎬ为水解反应提供更多的反应位点[49].有研究表明ꎬ将Mn2+㊁Ca2+㊁Zn2+㊁Fe3+及Sr2+等金属离子杂化到MSNs的骨架中ꎬ以M Si O(M为金属离子)结构替代MSNs中的Si O Si结构ꎬ利用M Si键在酸性或氧化还原条件下比Si O键更易断裂的性质ꎬ提高MSNs在生物体内的降解能力[50-53].此外ꎬ在MSNs表面引入硫基等有机基团ꎬ也能使MSNs在特定的内环境中依靠氧化还原反应或酶解反应发生降解[54].4㊀结论与展望MSNs作为抗癌药物的递送载体对药物具有较大的包容性ꎬ无论是亲水性药物还是疏水性药物ꎬ都可被包覆在MSNs的内部.此外ꎬMSNs允许多药负载ꎬ对于具有p糖蛋白外排作用或需要联合治疗的抗癌药物ꎬMSNs可允许其与p糖蛋白外排抑制剂或其他抗癌药物联合负载ꎬ增强药物的作用效果ꎬ提高其生物利用度.MSNs的合成对环境和条件的要求并不苛刻ꎬ合成原料较为常见且操作简便ꎬ在抗癌药物递送载体中占据重要席位.目前MSNs已经被广泛用于生物医学成像㊁癌症治疗㊁基因治疗以及疫苗开发等多个重点领域.需要注意的是ꎬ用于药物递送载体的MSNs需保持高度分散和稳定ꎬ若MSNs发生聚集ꎬ则会影响肿瘤细胞的摄取效率ꎬ因此除流体动力学尺寸外ꎬ分散系数和稳定性也可以作为其在合成过程中的考察指标.此外ꎬ关于MSNs的体内降解问题也尚未得到完全解决ꎬ虽然金属离子接枝可增强MSNs的降解性能ꎬ但人体只能控制微量的金属元素代谢ꎬ过量摄入会产生生物毒性.另外ꎬ对于 复合类药物载体 ꎬ生物膜的包覆则会涉及体内的免疫应答ꎬ与该类机制相关的研究相对来说还比较少见ꎬ若能将其研究透彻ꎬ那么以MSNs作为抗癌药物递送载体的制剂就会有更大的希望进入临床转化.参考文献:[1]㊀WorldCancerResearchFundInternational.Worldwidecancerdata[EB/OL].(2022-03-23)[2022-11-05].https://www.wcrf.org/cancer ̄trends/worldwide ̄cancer ̄data/.[2]㊀HaftcheshmehSMꎬJaafariMRꎬMashreghiMꎬetal.Liposomaldoxorubicintargetingmitochondria:Anovelformulationtoenhanceanti ̄tumoreffectsofDoxil?invitroandinvivo[J].JournalofDrugDeliveryScienceandTechnologyꎬ2021ꎬ62:102351.[3]㊀PavanSRꎬPrabhuA.Advancedcisplatinnanoformulationsastargeteddrugdeliveryplatformsforlungcarcinomatreatment:Areview[J].JournalofMaterialsScienceꎬ2022ꎬ57(34):16192-16227.[4]㊀翟瑞东ꎬ刘哲鹏ꎬ赵守进.口服紫杉醇制剂的研究进展[J].实用药物与临床ꎬ2022ꎬ25(1):92-96.[5]㊀OlusanyaTOBꎬHajAhmadRRꎬIbegbuDMꎬetal.Liposomaldrugdeliverysystemsandanticancerdrugs[J].Moleculesꎬ2018ꎬ23(4):907.[6]㊀JoMJꎬJinISꎬParkCWꎬetal.Revolutionizingtechnologiesofnanomicellesforcombinatorialanticancerdrugdelivery[J].ArchivesofPharmacalResearchꎬ2020ꎬ43(1):100-109.[7]㊀QiSSꎬSunJHꎬYuHHꎬetal.Co 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中空介孔二氧化硅纳米粒子的作用和功效

中空介孔二氧化硅纳米粒子的作用和功效下载提示:该文档是本店铺精心编制而成的,希望大家下载后,能够帮助大家解决实际问题。
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介孔二氧化硅纳米粒子

介孔二氧化硅纳米粒子
介孔二氧化硅纳米粒子(MESNPs)是一种具有广泛应用前景的新型材料。
它的独特的介孔结构和较大的比表面积,使其在药物传递、催化、吸附等领域具有广泛应用
第一步:制备介孔二氧化硅纳米粒子
制备MESNPs的方法主要有溶胶-凝胶法、介孔硅模板法和介孔硅自组装法等。
其中,介孔硅模板法是目前最为常用的方法。
它的基本流程为先制备一种具有高度有序孔道的硅模板,然后将硅模板与硅源反应,然后去除硅模板,最终得到MESNPs。
第二步:表征介孔二氧化硅纳米粒子
表征MESNPs的方法包括扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)、X射线粉末衍射(XRD)和氮气吸附-脱附等。
其中,氮气吸附-脱附实验可以测定MESNPs的孔径大小、比表面积、孔体积等参数。
第三步:应用介孔二氧化硅纳米粒子
MESNPs的应用广泛,其中医药领域是比较热门的应用领域。
MESNPs可以作为药物传递的载体,将药物包裹在其介孔结构内部,在人体内释放,以达到治疗效果。
同时,MESNPs也可以用于制备各种催化剂,它的高比表面积和孔结构可以增加催化剂的反应活性,提高催化剂的稳定性。
此外,MESNPs还可以用于吸附有害物质,例如二氧化硫、氨气等。
总之,介孔二氧化硅纳米粒子是一种非常特殊的纳米材料,具有很多特殊的性质,可以应用在很多领域当中。
随着研究的深入,相信它的应用前景将会越来越广泛。
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2010年第30卷有 机 化 学V ol. 30, 2010 * E-mail: hujh@fu d an.e d Received August 28, 2009; revised October 7, 2009; accepted November 6, 2009.国家自然科学基金(No. 50873029)、上海科技创新行动计划(No. 08431902300)、中国博士后科学基金(No. 20080440569)、上海市博士后科研资助计划(No. 09R21410900)资助项目.·综述与进展·介孔二氧化硅纳米粒子应用于可控药物传输系统的若干新进展袁 丽 王蓓娣 唐倩倩 张晓鸿 张晓环杨 东 胡建华*(复旦大学高分子科学系 聚合物分子工程教育部重点实验室 先进材料实验室 上海 200433)摘要 通过对介孔二氧化硅纳米粒子(MSN)载药机理、药物控释机理和靶向方法的介绍, 对MSN 在可控药物传输系统中的应用加以综述.关键词 介孔二氧化硅纳米粒子; 药物传输; 控制释放; 靶向New Progress in the Applications of Mesoporous SilicaNanoparticles to Controlled Drug Delivery SystemYuan, Li Wang, Beidi Tang, Qianqian Zhang, Xiaohong Zhang, XiaohuanYang, Dong Hu, Jianhua *(Key Laboratory of Molecular Engineering of Polymers of Ministry of Education & Laboratory of Advanced Materials ,Department of Macromolecular Science , Fudan University , Shanghai 200433)Abstract Through the introduction of drug loading mechanism, drug controlled release mechanism, and targeting methods of mesoporous silica nanoparticles (MSN), the application of MSN to controlled drug de-livery system is reviewed.Keywords mesoporous silica nanoparticle; drug delivery; controlled release; targeting可控药物传输系统可以实现药物在病灶部位的靶向释放, 有利于提高药效, 降低药物的毒副作用, 在疾病治疗和医疗保健等方面具有诱人的应用潜力和广阔的应用前景, 已成为药剂学、生命科学、医学、材料学等众多学科研究的热点[1~6]. 许多药物都具有较高的细胞毒性, 在杀死病毒细胞的同时, 也会严重损伤人体正常细胞. 因此, 理想的可控药物传输系统不仅应具有良好的生物相容性, 较高的载药率和包封率, 良好的细胞或组织特异性——即靶向性; 还应具有在达到目标病灶部位之前不释放药物分子, 到达病灶部位后才以适当的速度释放出药物分子的特性[7].介孔SiO 2纳米粒子(mesoporous silica nanoparticles, MSN)具有在2~50 nm 范围内可连续调节的均一介孔孔径、规则的孔道、稳定的骨架结构、易于修饰的内外表面和无生理毒性等特点[8~13], 非常适合用作药物分子的载体. 同时, MSN 具有巨大的比表面积(>900 m 2/g)和比孔容(>0.9 cm 3/g)[9], 可以在孔道内负载各种药物, 并可对药物起到缓释作用, 提高药效的持久性. 因此, 近年来MSN 在可控药物传输系统方面的应用日益得到重视[8~10]. 本文通过对MSN 载药机理、药物控释机理和靶向方法的介绍, 对MSN 在可控药物传输系统中的应用加以综述.1 介孔二氧化硅纳米粒子1992年, Kresge 等首次合成出MCM-41型介孔分子N o. 5 袁丽等:介孔二氧化硅纳米粒子应用于可控药物传输系统的若干新进展641筛[14,15], 这种具有规则孔道结构的介孔纳米微球立即吸引了广泛的关注, 并得到了快速的发展[16~18]. MSN是利用有机分子(表面活性剂或两亲性嵌段聚合物)作为模板剂, 与无机硅源进行界面反应, 形成由二氧化硅包裹的规则有序的组装体, 通过煅烧或溶剂萃取法除去模板剂后, 保留下二氧化硅无机骨架, 从而形成的多孔纳米结构材料[15,19~22]. 通过选择不同的模板剂和采用不同的合成方法可得到不同结构特征的介孔材料, 较为常见的硅基介孔材料如表1所示.表1 常见的介孔二氧化硅材料及其结构特征Table 1 Familiar mesoporous silica materials and their struc-tural characters介孔材料介孔相态孔通道孔径/nm参考文献MCM-41六方二维2~10 [15] MCM-48立方三维2~4 [15] MCM-50层状二维 10~20 [15] FSM-16六方二维 4 [23] HMS六方短程有序2~10 [24] MSU-X六方蠕虫状2~15 [25] MSU-G层状囊泡形2~15 [26,27] FDU-5立方双连续5~8 [28] FDU-12立方三维4~12 [29] SBA-1立方三维2~4 [30~32] SBA-3六方二维2~4 [33~35] SBA-15六方二维5~30 [36,37] SBA-16立方三维5~30 [38,39] TDU-1立方三维2~20 [40]1.1 MSN的生物相容性MSN要在可控药物传输系统中取得实际应用, 首先要考虑的一个问题就是其生物相容性. Lin课题组[41~43]研究了MSN对动物细胞的生存能力和繁殖能力的影响, 结果表明当MSN浓度低于每105个细胞100 μg/mL时, 细胞的生存能力和繁殖能力基本不受影响, 即使在第7个细胞周期也是如此, 他们还通过选择性DNA染色结合流式细胞仪分析, 发现细胞吸收MSN后仍旧保留了完整的细胞膜[41], 显微镜观察可以看到细胞形态正常, 3-(4,5-二甲基噻唑-2)-2,5-二苯基四氮唑溴盐比色法(MTT)测试结果表明线粒体活性仍然处于正常水平[44,45]. 虽然MSN的长期生物相容性与生物降解性还没有得到深入的研究, 但最近的一篇报道显示, 硅胶植入动物体内后, 在长达42 d内未显示任何毒副作用[46]. 因此可以认为, MSN具有良好的生物相容性, 可以用作药物载体.1.2 MSN的细胞内吞Hoekstra等[47]研究发现非噬菌类真核细胞可以内吞尺寸达500 nm的乳胶粒子, 内吞效率随着粒子尺寸的减小而增加, 当粒子尺寸在200 nm左右或更小时吸收效率最高, 但未观察到粒径大于1 µm的粒子的吸收. MSN具有在50~300 nm范围内可调的粒径, 这使得MSN可以通过内吞方式进入细胞, 有效地将药物输送到细胞内.细胞吸收通常是靠被吸收物质与细胞膜结合受体(如低密度脂蛋白或转铁蛋白受体)之间的特定结合力来实现的. 但是没有相应受体的物质, 仍能通过细胞内吞或胞饮作用而被吸收[48,49]. MSN与磷脂之间有较强的亲和力[50], 可以通过这种高亲和力吸附在细胞表面, 进而发生细胞内吞. 体外细胞试验结果表明MSN可以有效地被各种哺乳动物细胞内吞, 如癌细胞(HeLa, CHO, lung, PANC-1)、非癌细胞(神经胶质、肝、内皮)、小噬细胞、干细胞(3TL3, 间叶细胞)等[41~43,51]. MSN的内吞过程(如图1所示)非常快, 通常引入MSN 30 min后, 即可在细胞内观察到被内吞的MSN[52].图1HeLa细胞内吞MSN的TEM照片Figure 1 Transmission electron microscopy images of HeLa cells set in contact with MSN(a) An MSN with endocytosed MSN and (b) an MSN trapped in vesicles inside the cell为了弄清细胞内吞MSN的机制, 科学家们做了更进一步的研究. Mou等[52,53]研究了3T3L1和间叶干细胞内吞荧光标记的MSN的过程, 发现其内吞作用是通过网格蛋白介导的途径进行的, 并且粒子能够逃脱内溶酶体囊泡. 用不同官能团修饰MSN的外表面, 还可以控制MSN的吸收效率和吸收机制, Lin等[41]发现用特定基642有机化学V ol. 30, 2010团(如叶酸)修饰MSN的外表面, 可以显著提高MSN的细胞吸收效率; 用带电荷的官能团修饰MSN的外表面, 能够提高吸收效率, 增强粒子逃脱内溶酶体的能力. 上述实验结果表明, 外表面的官能化对MSN进入细胞的途径有很大影响. 目前, 大多数人认为网格蛋白介导的内吞作用是非官能化MSN和绝大多数官能化MSN进入细胞的主要途径, 而叶酸改性的MSN则是通过叶酸受体介导的内吞作用进入细胞. 胺和胍基官能化的MSN则可能是通过一种与网格蛋白和细胞质膜微囊无关的内吞机制进入细胞.1.3 MSN药物传输系统的药物负载载药过程通常是将载体浸泡在高浓度的药物溶液中, 然后分离、干燥[54]. 载体对药物的吸附能力决定了载药能力. MSN的孔径大小决定了能够进入孔道内的药物分子的大小, 因此, MSN的药物吸附主要由粒子的孔径大小决定. 一般情况下, 只要MSN的孔径稍大于药物分子的尺寸(即孔径/药物尺寸>1)就足以将药物吸附到孔内[8]. MSN吸附药物的能力主要来源于介孔表面与药物之间的氢键作用、离子键相互作用、静电相互作用和疏水性相互作用等[8~13]. MSN的比表面积和比孔容对载药量的影响很大, 在孔径允许的情况下, 比表面积越大吸附药物的量也就越大. Vallet-Regi等[55]研究了两种比表面积不同的MSN(MCM-41和SBA-15, 比表面积分别为1157和719 m2/g)负载药物阿仑膦酸的情况, 发现它们的最大载药量分别为139和83 mg/g. 药物与介孔表面的相互作用是负载药物的主要推动力, 然而, 在载药过程中还可能产生药物与药物之间的弱相互作用, 这种作用将导致药物将整个介孔填满, 从而使得载药率大大提高. 因此, 比孔容也是决定药物负载量的一个关键因素. Azais等[56]发现连续几次负载药物可以有效地提高MSN的最大载药量, 这是由于药物分子间的弱相互作用可以使介孔得到最大限度的填充, 因此, 大的比孔容可以产生更大的载药量.1.4 MSN药物传输系统的药物控释对于药物传输系统来说, 药物的释放往往是更重要的环节. 药物释放可分为不可控释放和可控释放两种, 两者的区别在于: 在不可控释放情况下, 药物传输系统进入介质后, 即开始释放药物, 药物的释放地点和速度不可控制; 在可控释放情况下, 可以有目的性地控制药物的释放地点和速度. 随着科技的发展和人们对治疗水平要求的提高, 药物传输系统逐渐由不可控释放向可控释放发展. 在早期的MSN药物传输系统研究中, 主要是通过改变MSN的结构参数, 如孔径、比表面积和比孔容来实现对药物的控制释放. 随着研究的深入, 基于环境响应性的药物控释逐渐成为研究的热点.1.4.1 基于MSN结构参数的药物控释早期的MSN药物传输系统主要利用材料的高比表面积和比孔容来负载药物, 药物仅简单地吸附在介孔内, 主要靠孔径或孔的形态来实现药物的控制释放. 2001年, Vallet-Regi等[57]首次研究了两种不同孔径的MCM-41型MSN对药物布洛芬(IBU)的负载情况, 并研究了其在模拟体液中的释放行为, 研究结果表明MCM-41具有较高的载药量, 可以延长药物的释放周期, 并且随着孔径的增大, 药物的释放速率加快, 如图2所示. 孔径可以控制药物的动力学释放过程, 这一概念不仅适用于2维六方孔道结构的MCM-41, 对于具有3维六方孔道结构的MCM-48介孔材料也同样适用[58,59]. 此后, 这方面的工作陆续展开, 曲凤玉等[60]将药物Captopril和IBU分别负载于MCM-41的孔道中; Andersson等[61]将IBU负载于SBA系列的介孔材料中. 这些研究发现药物的释放速率不仅与孔径有关, 还与介孔的其它性质有关, 如孔的连通性、几何形态等.图2 不同孔径MCM-41在模拟体液中24 h后释放药物布洛芬的百分比Figure 2 IBU fraction released from MCM-41 after 24 h in SBFThe plot is represented as a function of pore diameter and the surfactants used are indicated for each caseLin等[61]研究了MSN的孔和粒子形态对药物控释性能的影响, 他们使用了一种特殊的模板剂室温离子液体(room-temperature ionic liquid, RTIL), 以这种模板剂合成出相应体系的MSN (RTIL-MSN)来研究抗菌剂的控释. 他们制备了一系列具有不同粒子形态的RTIL-MSN材料, 包括球形、椭圆形、棒状和管状. 通过改变RTIL模板可以得到不同形态的孔道结构, 例如MCM-41型的六方孔道、Moiré型螺旋孔道、蠕虫状孔道. 这种孔内封装离子液体的MSN, 其控释能力可通过N o. 5袁丽等:介孔二氧化硅纳米粒子应用于可控药物传输系统的若干新进展643测量它们对大肠杆菌K12的抗菌效果来研究. 结果显示, 具有球形、六方孔道的RTIL-MSN 与管状、虫洞状孔道的RTIL-MSN 相比具有更好的抗菌活性. 这一结果可以归因于平行六方孔道与无序的虫洞孔道相比, 从前者扩散释放出RTIL 的速率更快. 这项工作表明了MSN 的形态对控释行为的重要性.通过改变MSN 表面性质的方法来控制药物的释放有两种不同的方法: 改变MSN 的比表面积; 或通过表面官能化的方法在表面修饰一些小分子以改变药物与表面之间的作用力. MSN 表面具有丰富的硅羟基, 可以通过硅烷偶联剂修饰上不同的官能团, 因此对MSN 进行表面官能化修饰是常用的改变MSN 表面性质的方法, 图3总结了常用的修饰官能团和相对应使用的药物. Vallet-Regi 等[8]研究发现不同官能团修饰的MCM-41对药物布洛芬吸附和释放的性能有很大影响[8], 这主要是因为修饰的官能团与药物的特定基团之间会产生氢键、静电或疏水性等相互作用所引起的. Zhu [63], Song[64],Zeng 等[65]分别采用3-氨丙基三乙氧基硅烷(APS)后修饰方法和一步法制备了氨基修饰的MSN, 并用不同药物对修饰后的MSN 的载药和释药行为进行了研究. 结果发现氨基修饰能显著提高MSN 的载药率, 延长释放周期; 并且发现一步法对延长水溶性药物BSA 和阿司匹林的释放周期较好, 而APS 后修饰法对延长非水溶性药物IBU 的释放周期较好. Tang 等[66]用羧基化的MSU 型MSN 负载药物法莫替丁, 法莫替丁分子中的氨基可与羧基产生电荷相互作用, 从而实现药物的有效负载, 研究发现修饰的羧基量是影响载药量的关键因素, 体外实验表明该载药系统缓释效果明显. Sousa 等[67]用胶原质修饰SBA-15型MSN, 胶原质能够对药物阿替洛尔的释放起到阻碍作用, 缓释效果更加明显. 上述结果说明, 可以选择性的对MSN 表面进行功能化, 修饰不同的官能团, 从而实现对不同药物的负载和控制释放. 1.4.2 基于刺激响应性的药物控释在使用一些具有较强细胞毒性的药物时, 常常要求在到达病灶部位之前做到药物“零释放”, 以减小药物的毒副作用. 而早期的药物传输系统都不具备这一特点, 都还仅仅停留在缓释阶段. 2003年, Lin 等[68]创造性地设计合成了以MSN 为基础的刺激响应性药物传输系统, 真正实现了对药物的控释. 此后, 这类药物传输系统得到了深入的发展, 表2总结了目前为止发表的以MSN 为基础的这种可控药物传输系统. 这些系统利用各种化学实体(如纳米粒子、有机分子、超分子组装体)作为“门卫”(gatekeepers), 在一定外界环境(如光[79,80]、pH 、还原剂等)的刺激下发生反应, 从而实现对药物分子的控制释放(图4).图3 常用的MSN 表面官能化基团和在这些体系中使用的一些药物的结构Figure 3 Pore-wall functionalization in silica mesoporous materials and structures of several drugs used in these system644有 机 化 学V ol. 30, 2010表2 具有“门卫”的MSN 类刺激响应性体系Table 2 Gatekeeping systems applied in the release of various molecules from MSNGatekeeper Stimulus Trigger Guest molecule Ref.CdS-NP Redox Reducing agent (DTT, ME) ATP, vancomycin [68]Fe 3O 4-NP Redox Reducing agent (DTT, DHLA) Fluorescein [43]Au-NP Redox Reducing agent (DTT) β-oestradiol, DNA [69]Coumarin Photo UV light (λ=310 nm) Cholestane, phenanthrene [70]Diethylenetriamine Ionic Ph, anionsBlue squaraine [71]PAMAMRedox Reducing agent (DTT, TCEP) ATP, DNA [42, 72][2]-Pseudorotaxane Redox NaCNBH 3Ir(ppy)3[73][2]-RotaxaneRedox Fe(ClO 4)3, ascorbic acid Ir(ppy)3, rhodamine B [74][2]-Pseudorotaxane PEI-CD Ionic pH Calcein [75, 76]Gluconic acid-modified insulin Sacchride GlucosecAMP [77]CysteineRedoxNADH, DHLA, glutathioneCysteine[78]图4 孔内载有客体分子、孔端被常规物质封住的MSN 代表示意图Figure 4 Representation of an MSN loaded with guest mole-cules and end-capped with a general gatekeeper肿瘤组织的温度比正常组织稍高, pH 比正常组织稍低, 并且不同组织所处的pH 环境也不同[81,82]. 因此,在“门卫”型药物控释传输系统盛行的同时, 具有pH 和热响应型的药物控释传输系统也成为了人们研究的热点. 我们课题组[83,84]在这方面也做了一些工作, 首先制备了以油酸稳定的Fe 3O 4为核, 十六烷基溴化铵为模板剂, 孔径在3.1 nm 左右的MSN, 之后将其表面和孔径内修饰上带负电的磷酸根、羧基或带正电的氨基, 赋予其pH 响应性, 将这种磁/pH 双重响应的MSN 用作药物载体, 分别对带正电的阿霉素(DOX)和带负电的四磺酸基酞菁锌(ZnPcS 4)进行负载, 研究发现MSN 对带相反电荷的药物具有较高的负载率, 体外药物释放实验结果显示这种磁/pH 双重响应的MSN 在不同的pH 值具有不同的释药行为. 在此基础上, 我们又制备了以磁性Fe 3O 4纳米粒子为核, MCM-41为中间夹层, 交联的p(N -异丙基丙烯酰胺-N -羟甲基丙烯酰胺共聚物) p(NIPAM-co -NHMA)为壳层的磁/热双重响应的MSN 复合微球(合成示意图如图5). 这种复合微球可以实现对药物的有效负载, 并且通过调节外部温度来实现对药物图5 具有磁/热双重响应性的介孔二氧化硅复合纳米粒子的合成示意图Figure 5 Schematic preparation process of magnetic/thermo-responsive hybrid mesoporous silica nanoparticlesN o. 5 袁丽等:介孔二氧化硅纳米粒子应用于可控药物传输系统的若干新进展645的控制释放. 通过调节共聚单体NIPAM与NHMA的比例, 可以调节交联壳层的体积相转变温度(VPTT), 从而调节“门”开关的大小进而实现药物的控制释放. 不同温度下的药物释放实验结果表明, 当温度低于VPTT时, 药物ZnPcS4释放的很缓慢; 而当温度高于VPTT时, ZnPcS4被很快地释放出来, 并且药物释放速率随着温度的升高而加快. 因此, 这种多功能MSN复合微球具有以下三种功能: 在磁场作用下实现靶向输送; 多孔的介孔结构可以负载大量药物; 交联的温敏共聚物壳层实现温控释药.考虑到线性的PNIPAM链比交联的PNIPAM对温度更为敏感, 以及肿瘤细胞处同时具有低pH和“高温”的特点, 我们又合成了具有磁/pH/热多重响应性的MSN复合微球. 这种微球以超顺磁Fe3O4为核, 十六烷基三甲基溴化铵为模板剂, 均三甲苯为扩孔剂, 通过在孔道内修饰羧基赋予其pH响应性, 之后再通过修饰带巯基的硅烷偶联剂, 利用巯基的链转移反应修饰上具有温度响应性的线性共聚物p(NIPAM-co-NHMA). 利用阿霉素(DOX)作为模型药物研究了这种药物传输系统的载药和控释行为, 结果显示其具有很高的载药率(48.5%)和包封率(94.3%), 并且在模拟肿瘤组织环境下的释药速率要明显快于模拟正常组织环境下的释药速率.1.5 MSN药物传输系统的靶向功能理想的药物传输系统, 不仅要具备良好的控释能力, 而且要具备能将药物准确地输送到病灶部位的能力. 在恶性肿瘤治疗中, 这一点显得尤为重要, 准确的靶向不仅可以提高药物的治疗效果, 还可以大大减小药物对正常细胞和组织的毒副作用. 目前, 对于具有靶向功能的药物传输系统的研究主要集中在配体靶向[85,86]和磁靶向方面. 配体靶向是指利用抗体或特定配体的细胞靶向, 它依赖于靶向剂与细胞表面抗体的选择性结合, 从而引起受体介导的细胞内吞. 叶酸是目前研究得比较广泛和深入的配体靶向, 这是由于绝大多数的癌细胞表面其叶酸受体均表达过度, 如卵巢、子宫内膜、直肠、乳腺、肺、肾、神经内分泌癌、源于上皮癌的脑异位癌等. Rosenholm等[87]用超支化聚乙烯亚胺(PEI)修饰MSN的外表面, 再利用MSN表面的氨基修饰荧光分子FITC和叶酸配体, 得到了一种同时具有标记和靶向功能的药物传输系统, 几种不同叶酸受体表达水平的细胞对粒子的内吞实验结果显示, 叶酸受体表达多的癌细胞, 其粒子内吞数量是正常细胞的五倍多.磁靶向药物传输系统(Magnetic targeted drugs de-livery system, MTDDS)是近几年发展起来的一种新型靶向药物传输系统. 磁性粒子和MSN结合的形式一般分两种: 一种是以磁性粒子为核, 介孔二氧化硅为壳; 另一种是磁性粒子通过一定的化学作用吸附到MSN表面. Wu等首先合成了一种以微米级Fe3O4为核, 介孔二氧化硅为壳的具有核-壳结构的磁性MSN复合粒子, 开启了磁性粒子与介孔二氧化硅结合的热潮. Giri等[43]制备了一种用超顺磁性氧化铁纳米粒子封孔的介孔二氧化硅纳米棒, 该体系中氧化铁粒子不仅起到药物靶向的作用, 还充当控制药物释放的“门卫”. Liong等[88]以氧化铁晶体为核, 介孔二氧化硅为壳, 并继续在外表面修饰上一层亲水的磷酸根、叶酸配体和荧光分子, 得到的载药系统在靶向能力提高的同时, 还具有荧光成像的功能.2 总结与展望MSN以其独特的性能, 在生物医药等领域显示出了诱人的应用前景, 必将会给临床治疗手段和药物治疗带来突飞猛进的进步. 目前, 关于MSN类药物传输系统的研究越来越多, 不管在控制MSN的形态、稳定性和分散性上, 还是设计新颖的靶向、控释药物输送体系上, 都取得了巨大的成就. 人们不再满足于合成单一功能的MSN药物传输系统, 逐渐向制备集成像、靶向、多重环境相应性控释为一体的多功能复合微球转移, 如引入量子点或荧光分子使微球具有成像和跟踪标记功能, 引入磁性粒子使微球具有磁分离、靶向和共振的功能.虽然MSN药物传输系统已经取得了许多成绩, 显示了其在未来应用中的潜力. 但要想进一步取得实际应用, 仍有许多问题需解决. 例如, MSN材料的体内研究仍未深入展开, 关于材料在血液中的流通性能、可能引发的免疫反应、在肝脏或某些组织中是否有可能发生积聚等重要问题仍有待于探索; MSN材料在体内的长期生物相容性有待于深入研究; 基于MSN药物传输系统的药物控制释放仍有待于扩展和深入研究.尽管还存在许多问题, 但我们相信, 会有更多新的合成方法和巧妙的设计产生, 赋予MSN更多的功能, 来一一解决这些问题. 这些问题的解决也将推动MSN 药物传输系统一步一步走向实际应用. References1 Torchilin, V. P. Nat. Rev. Drug Discovery2005, 4, 145.2 Yang, D.; Yang, F.; Hu, J. H.; Long, J.; Wang, C. C.; Fu, D.L.; Ni, Q. X. Chem. Commun. 2009, 4447.3 Yoo, J. W.; Lee, C. H. J. Control. Release2006, 112, 1.4 Malmsten, M. Soft. Mater. 2006, 2, 760.5 Yang, F.; Hu, J. H.; Yang, D.; Long, J.; Luo, G. P.; Jin, C.;646有机化学V ol. 30, 2010Yu, X. 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