现代化工

现代化工 ›› 2026, Vol. 46 ›› Issue (S2) : 111-115. DOI: 10.16606/j.cnki.issn0253-4320.2026.S2.020

科研与开发

原儿茶醛基纳米载药微球制备及性能研究

李旭喆 ¹ ,
赵传城 ¹ ,
胡勇 ¹ ,
刘丽华 ¹ ,
苏宇 ² ,
尚宏周 ¹^,^*

作者信息 +

Preparation and properties of protocatechualdehyde-based nano drug-loaded microspheres

LI Xu-zhe ¹ ,
ZHAO Chuan-cheng ¹ ,
HU Yong ¹ ,
LIU Li-hua ¹ ,
SU Yu ² ,
SHANG Hong-zhou ¹^,^*

Author information +

文章历史 +

Received		Published
2026-03-26		2026-10-31
Issue Date	Revised Date
2026-10-21	2026-03-26

PDF (3456K)

摘要

采用KH570对纳米介孔硅表面进行硅烷偶联,然后与丙烯酰氯原儿茶醛进行共聚反应,制备PCA-MSNs,其颗粒尺寸为180 nm,平均孔径为2.84 nm。最后以姜黄素为药物模型,探究药物载体吸附和释药性能。实验结果表明,当PCA-MSNs用量为6 mg、载药温度为37℃、初始质量比为6∶3时,饱和载药量最大,为24.71%,体外累积释药率为19.54%。

Abstract

PCA-MSNs with particle size of 180nm and average pore size of 2.84 nm were prepared by silane coupling on the surface of nano mesoporous silicon with KH570 and copolymerization with acryloyl chloride-protocatechualdehyde.Finally,curcumin was used as a drug model to explore the adsorption and release properties of drug carriers.The experimental results showed that when the dosage of PCA-MSNs was 6 mg,the drug loading temperature was 37℃,and the initial mass ratio was 6∶3,the maximum saturated drug loading was 24.71%,and the cumulative drug release rate in vitro was 19.54%.

Graphical abstract

关键词

介孔硅纳米粒子 / 原儿茶醛 / 丙烯酰化 / 药物载体

Key words

mesoporous silicon nanoparticle / protocatechualdehyde / acrylation / drug carrier

引用本文

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李旭喆,赵传城,胡勇,刘丽华,苏宇,尚宏周. 原儿茶醛基纳米载药微球制备及性能研究[J]. 现代化工, 2026, 46(S2): 111-115 DOI:10.16606/j.cnki.issn0253-4320.2026.S2.020

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癌症是一种对人类健康有重大影响的疾病,预计2035年全球每年新增的癌症病例数量将会突破800万例^[1]。这种由多维度致病因素所驱动的疾病,已然成为我国公共卫生领域面临的重大挑战,面对如此高的致死率以及患癌病人,研发出高效低毒的肿瘤干预方案显得极为迫切^[2]。

以纳米技术为基础的药物传输系统不仅能够提高治疗效果,而且能够降低副作用^[3],在癌症治疗和诊断中受到了极大的关注。在众多应用的纳米药物载体中,MSNs凭借其更大的生物相容特性、更高的比表面积、孔径可调节的优势、高效的药物装载效率以及表面具有活泼性的功能性修饰潜力,已然成为纳米药物递送领域的一项关键技术^[4-7],近几年来,围绕介孔二氧化硅材料的可控封闭与释放原理构建的智能药物传输体系,成了材料科学与生物医药交叉领域的前沿研究热点。该策略是在其表面构建有环境敏感特性的封堵剂,精确封闭纳米孔道,借助MSNs内部空腔高效负载治疗分子,之后凭借表面工程引入多维度刺激响应基团,形成精密的“纳米级控释阀门”,这一设计能保证药物分子在正常生理微环境里实现“零提前泄漏”,而在到达病灶部位后,凭借特定病理信号像pH、酶浓度、氧化还原电位等触发精准释放,以此提升靶区药物累积浓度与疗效精准度。同时临床前研究数据说明,未经修饰的纳米载体在肿瘤部位的被动蓄积量一般仅占注射剂量的1%~5%,远远低于实现治疗响应所需的阈值浓度,这成为限制被动靶向化疗疗效的主要瓶颈,开发兼具被动富集与主动靶向功能的复合递送策略,已然成为提升肿瘤药物递送效率的关键研究方向^[8-11]。

本项目以具有生物活性的原儿茶醛(PCA)为母体,引入不饱和双键,然后在介孔硅表面进行聚合,形成具有核壳结构的药物缓释载体,并以姜黄素为药物模型,探讨药物缓释载体的吸附和缓释性能。

1 实验部分

1.1 原儿茶醛改性介孔硅纳米粒子的制备

1.1.1 介孔硅纳米粒子(MSNs)的制备

在500 mL三口烧瓶中分别加入一定量的去离子水、3.5 mL的NaOH溶液(2.0 mol/L)和1.0 g的十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)进行磁力搅拌混合均匀,升温到80℃后缓慢滴加5 mL正硅酸乙酯,反应3 h。粗产物分别采用无水乙醇和蒸馏水交替洗涤3次,进行离心分离。为了得到介孔二氧化硅,将1.0 g含有模板剂的MSNs加入盛有盐酸-甲醇混合液(体积比例1∶20)中,在60℃条件下回流12 h,最后产物经离心、洗涤和真空干燥,得到介孔二氧化硅(MSNs)^[12-13]。

1.1.2 KH-570改性介孔硅纳米粒子的制备

将MSNs倒入盛有无水甲苯的三口烧瓶中,向其中加入γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷(KH-570),逐渐升温至100℃,然后回流反应24 h,待反应结束后用甲醇反复洗涤、离心、真空干燥,制备出KH-570改性的介孔硅纳米粒子(KH570-MSNs)^[14]。

1.1.3 3,4-双(丙烯酰氧基)苯甲醛(PCA)的制备

取1.0 g原儿茶醛溶于装有25 mL四氢呋喃的三口烧瓶中,搅拌30 min至完全溶解,然后滴加1.2 mL丙烯酰氯,待反应30 min后再加入1.0 mL三乙胺,反应结束后过滤除去杂质留下清液。粗产物先加入饱和碳酸氢钠溶液进行混合,然后加入二氯甲烷并将其移至分液漏斗中进行分离,然后旋蒸除去部分溶剂后进行真空干燥,最后得到产物3,4-双(丙烯酰氧基)苯甲醛^[15]。其合成路线见图1。

1.1.4 改性原儿茶醛和KH-570改性介孔硅纳米粒子的聚合

将1.0 g KH570改性后的介孔硅纳米粒子(KH570-MSNs)放入盛有20 mL的乙醇溶液的烧杯中超声分散40 min。同时将0.01 g改性后的原儿茶醛放入盛有20 mL的乙醇溶液的烧杯中搅拌 20 min。待KH570-MSNs充分分散在乙醇溶液中,将二者分别倒入三口烧瓶中并进行搅拌,通氮除氧并升温至60℃,待反应1 h后加入引发剂亚硫酸钠和过硫酸钾,继续反应6 h。待反应结束后用蒸馏水洗涤,离心干燥后所得药品为原儿茶醛改性介孔硅纳米粒子(PCA-MSNs)。

1.2 吸附性能分析

1.2.1 配制1% CTAB的盐酸溶液

用电子天平称取1.5 g的CTAB,将其倒入盛有500 mL去离子水的烧杯当中并放入转子,然后将烧杯放置在磁力搅拌器上进行搅拌,待CTAB完全溶解;用移液枪量取5 mL的浓盐酸,缓慢滴入烧杯中,在滴入浓盐酸的过程中持续搅拌,同时用pH计监测溶液的pH,待pH为1时停止滴入。将溶液转移至500 mL棕色容量瓶中,定容至500 mL。盖紧瓶塞,反复颠倒摇匀15~20次,确保溶液混合均匀且无气泡残留^[16]。将配制好的溶液存放于避光处备用。

1.2.2 标准曲线绘制

选用姜黄素作为模型药物,精密称取5.0 mg的姜黄素于50 mL的棕色容量瓶中,用CTAB的盐酸溶液定容,得到质量浓度为100 μg/mL的储备液A。为避免光降解影响实验结果,该储备液需在避光条件下妥善保存;稀释得到质量浓度为2.0 μg/mL的药物溶液,以CTAB的盐酸溶液为空白对照,利用UV-1900i型紫外-可见分光光度计确定姜黄素的检测波长,波长扫描范围为200~500 nm。量取姜黄素储备液配制成质量浓度分别为10.0、20.0、30.0、40.0、50.0、60.0、70.0 μg/mL的一系列标准溶液,查阅相关资料以及测试所得姜黄素最大吸收波长为325 nm。采用紫外分光光度法测定波长为325 nm的吸光度,并建立标准曲线回归方程,结果见图2。

其拟合方程为如式(1)所示,R²为0.999 94,拟合度较高。

(1) $A=0.036 5C-0.236$

式中:A为吸光度;C为姜黄素的浓度,μg/mL;R为相关系数。

1.2.3 载药性能测试

将PCA-MSNs与姜黄素按不同质量比6∶1、6∶2、6∶3、6∶4和6∶5投放到50 mL的十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)的盐酸溶液当中,其中取5份 6 mg的PCA-MSNs,然后分别取姜黄素1、2、3、4 mg和5 mg。将其按质量比分别放入不同烧杯并标明质量比,并将5个烧杯放置在磁力搅拌器上搅拌 48 h。待搅拌完成后对其进行离心,离心完成后取上层清夜,对5个清液分别进行紫外光谱检测,并记录其在325 nm的吸收度。

1.2.4 载药量计算公式

计算载药量的计算公式如(2)所示。

(2)$\text { 载药率 }(\%)=\left[\left(m_{0}-m_{1}\right) / m_{2}\right] \times 100 \%$

式中:m₀为开始投放姜黄素的质量;m₁为游离的姜黄素的质量;m₂为载体与其搭载姜黄素的总质量。

1.2.5 包封率(EN)计算公式

包封率的计算公式如(3)所示。

(3)$E N \%=\left(1-C_{\mathrm{f}} / C_{\mathrm{t}}\right) \times 100 \%$

式中:C_f为游离药物的量;C_t为药物总量。

1.3 PCA-MSNs释药性能

将PCA-MSNs与姜黄素按照所测得载药量最高的质量比进行测试,将样品溶于十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)的盐酸溶液中,并将其溶液倒入透析袋内,密封后将其置于离心管内,并向其中加入十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)的盐酸溶液,并将离心管放在恒温水浴摇床中振荡,设置温度37℃,振荡期间保持避光,避免姜黄素遇光分解。振荡 72 h并且在指定时间点取出1.5 mL,释放介质,同时加入1.5 mL,对应pH的新鲜十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)的盐酸溶液,使用分光光度计测量释放介质中姜黄素的吸光度,计算各实验组的累积释药率。

1.4 改性原儿茶醛表征测试

1.4.1 红外光谱分析(Fourier Transform Infrared Spectroscopy,FT-IR)

采用溴化钾压片法,利用美国Thermo Scientific Nicolet iS20型傅里叶红外光谱仪分析MSNs和 PCA-MSNs的官能团,光谱仪扫描范围设定为500~4 000 cm^-1。

1.4.2 扫描电镜分析(Scanning Electron Microscope,SEM)

采用S4800型SEM观察PCA-MSNs的样品表观形貌。

1.4.3 透射电镜分析(Transmission Electron Microscope,TEM)

利用美国FEI Talos F200X G2型TEM对PCA-MSNs的微观形貌进行观察,对PCA-MSNs的电镜图进行分析测量。

1.4.4 X射线衍射(X-ray Powder diffractometer)

采用德国Bruker D2 Phaser型X射线衍射仪对MSNs、PCA-MSNs的晶型情况进行分析,测试角度范围5~90°。

1.4.5 BET分析

采用美国Micromeritics ASAP 2460型比表面积的分析仪,设置条件脱气温度120℃时间24 h,样品合成温度是60℃,分解温度为300℃,并对其进行氮气吸附,对PCA-MSNs的比表面积、孔径和孔体积进行分析。

2 结果与讨论

2.1 MSNs和PCA-MSNs的FT-IR分析

FT-IR对MSNs以及PCA-MSNs表面基团进行表征,结果见图3。从图中可以看到,MSNs图片中 3 426 cm^-1是MSNs中酚羟基的伸缩振动峰,1 066 cm^-1是Si—O—Si不对称伸缩振动峰^[17];而在PCA-MSNs图谱中,其3 186 cm^-1是其酚羟基的伸缩振动峰,1 718 cm^-1处为丙烯酰氯优先与酚羟基反应所残留的部分原儿茶醛中醛基的伸缩振动峰(羧基峰)。通过分析PCA-MSNs和MSNs的红外谱图,可以看出PCA-MSNs在1 066 cm^-1处的峰强度明显变弱,说明KH570对介孔硅成功改性^[18]。

FT-IR对改性原儿茶醛的表面基团进行表征,结果见图4。从图中可以看出在1 745 cm^-1处是酯基的伸缩振动峰,表明丙烯酰基成功接入酚羟基;1 603 cm^-1处是碳碳不饱和双键的伸缩振动峰,表明丙烯酰氯成功原儿茶醛进行反应^[19]。

2.2 PCA-MSNs的电镜分析

采用SEM对PCA-MSNs的颗粒微观形貌进行分析,结果见图5。通过SEM发现,PCA-MSNs表面为椭圆形,尺寸均一,分散相对均匀,尺寸180 nm左右。从表面特征来看,其表面光滑,保留了介孔硅相对规整的表面特性,有利于维持其原有功能特性^[20]。

利用美国FEI Talos F200X G2型TEM对PCA-MSNs的微观形貌进行观察,结果见图6。从图中可以看出PCA-MSNs的整体分散性良好,其颗粒近似椭圆形,无明显团聚分布相对均匀。高倍图可以看出颗粒边缘轮廓清晰,形状趋于不规则且部分颗粒表面呈现明显的褶皱或纹理结构,表明材料内部存在丰富的介孔孔道,改性后仍保持其介孔结构^[21]。

2.3 PCA-MSNs的XRD分析

利用XRD对MSNs以及PCA-MSNs进行晶型结构分析,结果见图7。通过该图可以看到,在靠近0°附近有一个非常强且尖锐的峰,这表明介孔硅(MSNs)具有高度有序的介孔结构。介孔硅的这种强衍射峰通常对应于其特征的孔道结构排列,说明其孔道在一定程度上具有规则性和周期性。改性后的介孔硅(PCA-MSNs)除了在MSNs峰附近有响应外,在稍大衍射角处出现了新的峰。这是由于改性过程中引入了新的基团即丙烯酰氧基等,同时可以看出其保留了较好的介孔结构^[22]。

2.4 PCA-MSNs的BET分析

PCA-MSNs的BET数据见图8和表1。根据IUPAC分类标准,图8曲线呈现典型的I型等温线特征,并伴有明显的回滞环现象,表明样品中存在介孔结构^[23]。进一步分析显示,该回滞环属于H4型,通常与狭缝状孔结构相关。由BET上述表1得该样品的比表面积为281.39 m²/g,总孔体积为0.269 cm³/g,平均孔径为2.84 nm。

2.5 载药量与包封率分析

根据实验所测得的载药量发现,PCA-MSNs与姜黄素在不同质量比下的载药性能呈现显著差异,结果见表2。从表数据中可以看出当PCA-MSNs与姜黄素质量比为6∶3的时候载药量(DLC)达到峰值为24.71%,其包封率为33.33%。而质量比为6∶1和6∶2时载药量和包封率均较低,分别低于3.5%和3.8%^[24],因此后续实验采用6∶3的质量比来做药物缓释实验。

2.6 体外释药性能分析

将PCA-MSNs与姜黄素按质量比6∶3溶于CTAB的盐酸溶液中,并将其溶液倒入透析袋内,密封后将其置于离心管内,并向其中加入CTAB的盐酸溶液,并将离心管放在恒温水浴摇床中振荡,设置温度37℃,振荡期间保持避光,避免姜黄素遇光分解。振荡72 h并且在指定时间点取出1.5 mL,释放介质,同时加入1.5 mL对应pH的CTAB的盐酸溶液,使用紫外分光光度计测量释放介质中姜黄素的吸光度,计算各实验组的累积释药率,结果见图9。通过图9可以看出,PCA-MSNs的药物释放率随时间增长而增长,在0~5 h的时候累计释放率比较缓慢,5~24 h的时候累计释放率呈直线型上升,而在24~48 h的时候释放速度变慢,在48~72 h的时候累计释放率趋于平稳达到最大值19.54%。

3 结论

通过化学改性的方法成功制备出了原儿茶醛改性介孔硅纳米粒子(PCA-MSNs),通过多种表征手段对制备出的产品进行检测,并对其载药性能和体外释药性能进行了研究。主要结论如下。

(1)以十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)为模板,制备介孔硅纳米粒子,再与改性后的原儿茶醛反应成功制备出PCA-MSNs。通过FT-IR、SEM和TEM分析其结构。颗粒呈椭圆形,表面较为光滑,尺寸在180 nm左右。

(2)BET分析介孔结构的比表面积为281.39 m²/g,总孔体积为0.269 cm³/g,样品平均孔径为2.84 nm。

(3)载药量与包封率在PCA-MSNs与姜黄素质量比为6∶3时,均达到最大值,其中载药量为24.71%,包封率为33%。PCA-MSNs在体外释药测试中,其最高累计释放率为19.54%。表明PCA-MSNs具备一定的药物控释能力。

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原文顺序 | 出版日期 | 本文引用

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