盐酸阿霉素在纳米载体氧化石墨烯上的可控负载与释放

来源:真空技术网(www.chvacuum.com)北京化工大学化工资源有效利用国家重点实验室 作者:李 晓

  采用改性Hummers法制备了氧化石墨烯,并探索了其在生物医学方面作为纳米药物载体的应用。通过超声、振荡等方法制备了氧化石墨烯-盐酸阿霉素(GO-DXR),采用高分辨透射电镜(HRTEM)、傅里叶变换红外光谱(FT-IR)、紫外-可见分光光谱(UVVis)等测试方法对GO 负载DXR 前后的形貌和结构进行了研究。DXR 在GO 上的负载量高达4.6mg/mg,DXR 的释放量可通过pH 值控制,说明GO 与XR之间依靠氢键作用结合。

1、引言

  随着纳米技术和生物药物的日益发展,纳米药物载体成为热门的研究领域。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、嵌入或其他反应负载药物。

  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。

  因此,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

  2.1、氧化石墨烯的制备

  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、盐酸阿霉素(DXR)在氧化石墨烯(GO)上的负载

  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):

盐酸阿霉素在纳米载体氧化石墨烯上的可控负载与释放

  2.3、盐酸阿霉素在氧化石墨烯上的释放

  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):

盐酸阿霉素在纳米载体氧化石墨烯上的可控负载与释放

  2.4、微观结构分析

  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。

结论

  (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他纳米材料高很多,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 的环境,从而在生物医学方面易于控制药物的释放。

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