原位氮氧共掺杂壳聚糖基介孔碳制备及对药物吸附释放特性研究

来源 :贵州大学 | 被引量 : 4次 | 上传用户:feilang166
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介孔碳材料是一类新型非硅介孔材料,具有比表面积高、孔容大、孔径可调、表面易于修饰等优点,其较高的化学惰性、优异的导电性能、良好的生物相容性等性质,在生物医学领域有良好的应用前景而成为了研究热点。但目前介孔碳的合成过程存在步骤繁杂、成本高、对环境不友好、分散性和润湿性能差等缺点而限制其在生物医学领域的应用。本研究在传统研究的基础上,提出利用壳聚糖作为新的碳氮前驱体,采用软模板和双模板法耦合喷雾干燥技术制备孔隙发达、孔径可调、润湿性能好的氮氧共掺杂介孔碳球,研究其结构、组成与润湿性能及药物吸附释放之间的构效关系,主要研究结论如下:1.研究了有序介孔碳CMK-3通过掺氮和氮氧共掺杂获得含氮官能团和氮氧官能团来提高材料的亲水性。通过氮氧共掺杂处理CMK-3材料的含氧量从3.21%增加到了17.9%,含氮量增加到了5.28%,改性后介孔碳材料比表面积和孔体积减少,通过改性介孔碳接触角从161.9°降低到138°,介孔碳的润湿性能得到一定程度提高。2.耦合喷雾干燥和直接碳化技术,运用壳聚糖-两亲性三嵌段共聚物(F127)软模板法成功制备了氮掺杂介孔碳纳米粒(NMC_S)。通过分析表明氮掺杂介孔碳材料孔隙发达,纳米粒子具有球形形貌,平均直径约为300~400 nm,具有蠕虫状介孔结构。随着模板剂用量的增加,孔径在3.05~6.09 nm逐渐增大,氮元素含量从6.32%减少为3.02%,孔容和比表面积先增加后减少,壳聚糖和模板剂F127质量比在6:2时比表面积达到868.9 m~2/g,孔容为0.963 cm~3/g,随着氮含量的增加接触角从150.7°减少到124.1°。进一步利用过硫酸铵(APS)对氮掺杂介孔碳进行氧化改性处理,提高介孔碳上的羧基和羟基含量,使得介孔碳的接触角从接触角从133.4°降低到58.2°,润湿性能得到了极大改善。3.利用壳聚糖/F127/TEOS/双模板法耦合喷雾干燥技术一步制得氮氧共掺杂介孔碳纳米粒(NMC_S-x/3),研究了碳硅比C/Si对介孔碳材料孔结构、氮元素含量和润湿性能的影响,该材料孔隙发达,纳米粒子具有球形形貌和蠕虫状介孔结构,氮含量在6.04~4.75%,主要以吡咯氮和吡啶氮的形式存在,介孔碳的介孔孔径主要在2.01~3.65 nm,C/Si比为7/3时比表面积和孔容最大,分别为0.77 cm~3/g和2061 m~2/g,接触角均低于20°以下,有很好的亲水性和润湿性。4.用制备的材料对难溶性抗肿瘤药物羟基喜树碱(HCPT)进行吸附和释放性能研究,表明CMK-3和NO-CMK-3的吸附符合Freundlich模型,最大吸附量分别为811.11 mg/g和805.93 mg/g;NMCs和O-NMCs吸附符合Freundlich模型,对HCPT药物的最大吸附量分别为676.97 mg/g和647.20 mg/g;壳聚糖基双模板法制备的氮氧共掺杂介孔碳材料对HCPT有较好的吸附能力,吸附符合Langmuir模型,对HCPT的吸附量可高达1013.51 mg·/g,吸附量顺序为NMC_s-5/3>NMC_s-6/3>NMC _s-7/3>NMC _s-8/3,与其表面N含量顺序一致。5.介孔碳具有独特的纳米孔道结构,能够显著提高羟基喜树碱的释放速度,原料药12 h的释放率仅为22.7%,负载CMK-3和NO-CMK-3介孔碳材料后分别提高到76.43%和72.66%,负载NMCs和O-NMCs后分别提高到83.40%和81.11%,负载于原位氮氧共掺杂介孔碳材料后提高到86.67%以上。药物释放速率与介孔碳材料的亲水性,孔容和比表面积和pH值有着密切的关系,在酸性环境中释放较慢。6.以壳聚糖基双模板法制备的氮氧共掺杂介孔碳材料合成方法简单、制备过程友好、比表面积、孔容和孔径可控,制备出的介孔碳材料分散性和润湿性能较好,球形形貌和纳米级的尺寸对于抗肿瘤药物载体具有一定优势,对于羟基喜树碱药物有较高的负载量,而且能够有效控制药物的释放,因此作为药物传输载体具有着较好的应用前景。
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