双模型介孔SiO2表面功能化及其在药物缓控释中的应用

论文摘要

缓控释给药体系是指在水中或特定介质中缓慢释放药物的给药体系,由于具有诸多优点,包括减少给药次数,提高病人依从性,保持平稳而有效的血药浓度,提高药物的安全性和有效性,同时能够降低药物对胃肠道的不良反应,越来越受到人们的关注。最初的药物释放体系是非降解的,随后逐渐被生物降解聚合物所取代,近年来随着纳米技术的发展,许多有机纳米材料被作为药物载体得到广泛研究。尽管作为药物载体生物降解纳米材料的优点毋庸置疑,但是由于有机材料化学稳定性差,释放速率的可控性差,相容性不理想等明显不足,近年来对无机纳米材料在药物缓控释放方面的应用越来越重视。随着1992年介孔纳米材料M41S的出现,科学家们注意到这种新型的无机纳米孔道材料能够克服上述缺陷,成为性能更加优异的载体之一。自从2001年西班牙Vallet-Regí教授首次报道应用介孔纳米材料MCM-41作为布洛芬载体,介孔纳米材料与上述其他纳米材料相比,由于自身优异的结构特性,例如孔道内表面充足的硅羟基为药物的装载提供了足够的活性位;可进行调控的介孔孔道为不同的药物分子“量身”匹配孔径;理想的生物适应性与安全性,在药物缓控释的研究应用中占据了重要的地位。双模型介孔材料（BMMs）是一种新型介孔材料,它具有双孔道结构:3 nm左右的蠕虫状一级孔与10-30 nm左右的球形颗粒堆积孔。由于BMMs有别于单一孔道介孔材料,具有结构可控和粒度可控等许多独特性质,通过进一步表面改性,能够针对特定的药物分子,尤其是不溶性药物分子进行装载与可控释放,具有很好的专一性。与MCM-41和SBA-15相比较,在模拟人体环境下可实现对多种药物的缓控释放,是药物缓控释的良好载体。我们主要制备BMMs,通过两种硅烷偶联剂3-氨丙基三乙氧基硅烷或3-（2-氨基乙基氨基）丙基三甲氧基硅烷对其表面进行功能化处理,作为阿司匹林,布洛芬和紫杉醇的载体,同时以MCM-41和SBA-15作为比较,研究介孔孔道结构,表面性能,以及释放介质对分子尺寸,溶解度不同药物的缓控释作用规律。应用Korsmeyer–Peppas方程计算释放动力学常数k研究药物缓控释过程,同时结合密度泛函理论,Flynn-Wall-Ozawa方法和Kissinger方法,研究介孔表面氨基改性和药物装载释放过程中表面能的变化规律,以及相应的表观活化能,从而获得介孔材料缓控释的影响因素和控制机制。首先对于小分子的微水溶性药物阿司匹林,与MCM-41和SBA-15相比,BMMs由于具有双孔结构,虽然装载量不及具有较大介孔孔道的SBA-15,但是能够在较大载药量的基础上实现较好的缓控释;通过改变BMMs表面功能基团的种类和数量,可以提高BMMs的表面能量从而有利于与阿司匹林分子发生相互作用,实现高载药量。因此选择孔结构不同的介孔材料并应用不同功能基团对介孔表面进行修饰是控制药物装载与释放的有效手段。在上述研究结论的基础上,对于难溶性药物布洛芬,由于分子尺寸增大阻碍了药物的多层物理吸附,因此BMMs的装载量大于SBA-15;同时通过改变颗粒尺寸得到具有不同二级堆积孔的BMMs应用于布洛芬的缓控释,研究表明功能基团和药物分子进入3 nm的一级孔中,而颗粒堆积孔的大小直接影响药物分子的扩散行为,因此增大BMMs颗粒尺寸可提高布洛芬释放速率;除此之外基于药物分子与表面有机基团之间的相互作用可知,释放过程中由介孔表面脱附的布洛芬以离子态存在,因此与模拟体液和模拟胃液相比,以水为释放介质有益于离子态布洛芬的释放;相反由于布洛芬分子难溶于水,在酸性模拟胃液中分子态布洛芬的释放受到阻碍,释放率低,说明释放介质的pH值和组成同样会影响药物释放性能。将BMMs应用为天然产物紫杉醇载体时,由于紫杉醇分子尺寸更大,且不溶于水,在装载过程中主要被吸附在介孔孔口部分,说明介孔孔径除了会影响药物分子的扩散行为,对药物尺寸的限制同样明显;由于紫杉醇分子为非极性,当纳米材料表面嫁接极性氨丙基时,对紫杉醇的装载量明显减小,再一次验证药物分子与表面功能基团的相互作用是实现药物装载的重要因素。除此之外初步探索了BMMs紫杉醇载药体系在水中的释放性能,发现BMMs作为紫杉醇载体能够实现药物的释放,但是对释放速率的控制有待进一步的研究。应用多种表征手段,如X-射线衍射、高分辨率扫描电子显微镜、透射电子显微镜、氮气吸附-脱附,热重分析,固态硅核磁共振、元素分析、红外光谱、紫外光谱等对功能化处理,以及药物装载与释放后的介孔材料进行表征。依据上述研究所提出的药物缓控释模型为实现介孔纳米材料作为药物缓控释载体的实际应用提供了可靠的实验依据,并通过密度泛函理论和热分解动力学从微观层次上探索了介孔材料作为药物载体在药物装载与释放过程中的作用机制。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 引言
• 1.1.1 药物缓释控释概述
• 1.1.2 介孔纳米材料概述
• 1.1.3 介孔纳米材料在药物缓控释中的应用
• 1.2 本论文主要研究内容与思路
• 1.3 本论文的特色和创新处
• 1.4 项目来源
• 2介孔材料的组装及缓控释研究'>第2章 微水溶性药物阿司匹林在Si0₂介孔材料的组装及缓控释研究
• 2.1 引言
• 2.2 介孔纳米材料形貌对阿司匹林缓控释的影响
• 2.2.1 实验部分
• 2.2.2 结果与讨论
• 2.2.3 小结
• 2.3 介孔纳米材料结构对阿司匹林缓控释的影响
• 2.3.1 实验部分
• 2.3.2 结果与讨论
• 2.3.3 小结
• 2.4 BMMs表面性能对阿司匹林缓控释的影响
• 2.4.1 实验部分
• 2.4.2 结果与讨论
• 2.4.3 小结
• 2.5 本章小结
• 2介孔材料的组装及缓控释研究'>第3章 难溶性药物布洛芬在Si0₂介孔材料的组装及缓控释研究
• 3.1 引言
• 3.2 介孔纳米材料结构对布洛芬缓控释的影响
• 3.2.1 实验部分
• 3.2.2 结果与讨论
• 3.2.3 小结
• 3.3 双模型介孔纳米材料二次孔结构对布洛芬缓控释的影响
• 3.3.1 实验部分
• 3.3.2 结果与讨论
• 3.3.3 小结
• 3.4 释放介质对布洛芬/介孔纳米材料载药体系缓控释的影响
• 3.4.1 实验部分
• 3.4.2 结果与讨论
• 3.4.3 小结
• 3.5 本章小结
• 2介孔纳米材料的组装研究'>第4章 天然提取药物紫杉醇在Si0₂介孔纳米材料的组装研究
• 4.1 引言
• 4.2 紫杉醇在介孔材料中的组装研究
• 4.2.1 实验部分
• 4.2.2 结果与讨论
• 4.3 本章小结
• 结论与展望
• 参考文献
• 附录：41 种常用动力学机理函数及应用Coats-Redfern方程计算得到的药物载体表观活化能
• 攻读博士学位期间取得的成果
• 致谢