本發(fā)明屬于納米生物材料領域，具體涉及一種核-殼結(jié)構(gòu)的磷酸鈣納米材料、制備方法及其應用。

背景技術(shù)：

癌癥仍是目前死亡的第一殺手，如何提高癌癥的治愈率是目前研究的重點熱門課題。基因治療被認為是治療癌癥的有效方法。其中高效特異性基因載體是影響基因治療的關鍵技術(shù)。羥基磷灰石是一類與脊椎動物骨無機質(zhì)的主要成分相近的無機材料，具有良好的生物活性和生物相容性良好的，是一種理想的基因載體材料，目前研究者大多將羥基磷灰石制備成納米球形或空心球結(jié)構(gòu)，但是由于空心球表面的孔洞小，藥物難于進入空心球內(nèi)部，藥物攜帶量低，轉(zhuǎn)染效果不理想，阻礙其臨床應用的主要瓶頸是其基因負載率低、轉(zhuǎn)染效率差。

公開號為CN101759169A公開了一種采用微波-水熱方法制備單層空心球；將具有良好生物相容性的聚合物、可溶性鈣鹽和可溶性磷酸鹽溶解在水中形成均一的前驅(qū)物溶液，然后對該溶液進行微波加熱水熱處理，從而制備出磷酸鈣納米結(jié)構(gòu)空心微球。所制備的磷酸鈣納米結(jié)構(gòu)空心微球的化學組分包括各種組成的磷酸鈣和羥基磷灰石(Ca₁₀(PO₄)₆(OH)₂)；空心微球的殼是由厚度為10-50nm磷酸鈣納米片組裝形成的多孔結(jié)構(gòu)；空心微球的直徑為1-10μm。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

針對目前基因載體藥物攜帶率低的問題，本發(fā)明公開了一種核-殼結(jié)構(gòu)的磷酸鈣納米材料，其具備納米“蛋殼-蛋黃”結(jié)構(gòu)或雙殼層空心結(jié)構(gòu)。

本發(fā)明還公開了一種所述磷酸鈣納米材料的制備方法。

此外，本發(fā)明還公開了所述核-殼結(jié)構(gòu)的磷酸鈣納米材料在靶向、緩釋藥物制備中的應用。

一種核-殼結(jié)構(gòu)的磷酸鈣納米材料，包括多孔球型的殼體和內(nèi)核，所述殼體和內(nèi)核留有空腔；所述內(nèi)核呈實心球型，或者，所述內(nèi)核呈表面多孔或網(wǎng)狀的空心球型；所述的殼體和內(nèi)核的化學組成選自各種組成的磷酸鈣或羥基磷灰石。

本發(fā)明所提供的核-殼結(jié)構(gòu)的空心球，存在內(nèi)核，且所述殼體和內(nèi)核留有空腔；載藥量比普通空心球的載藥量大一倍。

本發(fā)明所述的核-殼結(jié)構(gòu)的磷酸鈣納米材料包含兩種核-殼結(jié)構(gòu)形式。一種為具有表面呈多孔、網(wǎng)狀的殼體、內(nèi)部(內(nèi)核)為實心小球的“蛋殼-蛋黃”結(jié)構(gòu)(結(jié)構(gòu)類似雞蛋的蛋殼與蛋黃的結(jié)構(gòu))；另一種為包括外殼層(殼體)和內(nèi)殼層(內(nèi)核)，其內(nèi)、外殼層均為表面多孔/網(wǎng)狀的雙層空心球結(jié)構(gòu)(即殼體為表面多孔/網(wǎng)狀的空心球結(jié)構(gòu)；其腔室內(nèi)的內(nèi)核(內(nèi)殼體)也為表面多孔/網(wǎng)狀的空心球結(jié)構(gòu))。這兩種結(jié)構(gòu)的納米顆粒，具有較大可調(diào)的空腔，較高比表面積，蛋殼殼層厚度可調(diào)，殼層(殼體)孔徑大小可控，蛋黃(內(nèi)核)大小可調(diào)，尺寸均勻和分散性良好。采用本發(fā)明所提供的所述核-殼結(jié)構(gòu)的磷酸鈣納米材料作為載體，不僅生物相容性好，而且藥物載荷量大，并且可根據(jù)不同形狀和大小的藥物分子的結(jié)構(gòu)調(diào)整表面殼層孔洞的大小，是一個理想的基因、藥物載體材料。

本發(fā)明所述的殼體、內(nèi)核的球型為規(guī)則或不規(guī)則的球體結(jié)構(gòu)。

所述的殼體表面分布有大量的貫穿殼體內(nèi)外的孔洞，其孔洞孔徑的大小會影響本發(fā)明所述材料的攜帶率。

所述殼體的內(nèi)徑為200-400nm，表面孔洞的孔徑為5nm-40nm；殼體厚度為5-50nm。在所述優(yōu)選的殼體參數(shù)下，載藥量大，且利于載體進入細胞，改善靶向給藥效果。

作為優(yōu)選，實心球型內(nèi)核的外徑為50-150nm。實心球型內(nèi)核(實心小球)與外殼層之間無連接，小球可在殼體內(nèi)自由運動。本發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，在所述參數(shù)范圍的實心球型內(nèi)核下，并協(xié)同配合所述殼體外徑、厚度、孔徑等參數(shù)，蛋黃與蛋殼的空腔體積適合，可進一步協(xié)同提高載體的載藥量。

表面多孔的空心球型內(nèi)核的外徑為50-150nm，厚度為5-20nm；孔徑5-10nm。

作為優(yōu)選，雙層空心球結(jié)構(gòu)的核-殼結(jié)構(gòu)的磷酸鈣納米材料，由大小不等的兩個空心球套在一起的結(jié)構(gòu)，其殼體為多孔/網(wǎng)狀的球狀磷酸鈣，內(nèi)徑為150-400nm，表面孔洞的孔徑為5nm-40nm，厚度為5-50nm；內(nèi)核為多孔/網(wǎng)狀的球狀磷酸鈣，外徑為50-150nm，厚度為5-20nm；孔徑5-10nm。

作為優(yōu)選，所述殼體的內(nèi)徑和內(nèi)核的外徑的比例為1.5-4。

所述的磷酸鈣納米材料是以聚合物小球為模板，在聚合物小球表面通過反應包裹一層磷酸鈣包覆層，在升溫速度為1-4℃/min，500-600℃溫度下，燒結(jié)制得表面多孔的空心球型內(nèi)核的核-殼結(jié)構(gòu)的磷酸鈣納米材料；或在升溫速度為5-10℃/min，500-600℃溫度下，燒結(jié)制得實心球型內(nèi)核的核-殼結(jié)構(gòu)的磷酸鈣納米材料。

本發(fā)明還提供了一種所述的核-殼結(jié)構(gòu)的磷酸鈣納米材料的制備方法，包括以下步驟：

步驟(1)：將酚醛樹脂小球超聲分散在醇溶液中；隨后投加磷源，繼續(xù)超聲分散得分散液；分散液中，磷源的摩爾濃度0.001-0.05mol/L；

步驟(2)：向分散液中投加鈣鹽，攪拌、在酚醛樹脂小球表面形成磷酸鈣包覆層；其中，Ca/P摩爾比為1-1.67；

步驟(3)：包覆后的材料經(jīng)干燥后再升溫煅燒處理，制得所述核-殼結(jié)構(gòu)的磷酸鈣納米材料，其中，在升溫速度為1-4℃/min，500-600℃溫度下，燒結(jié)制得表面多孔的空心球型內(nèi)核的核-殼結(jié)構(gòu)的磷酸鈣納米材料；或在升溫速度為5-10℃/min，500-600℃溫度下，燒結(jié)制得實心球型內(nèi)核的核-殼結(jié)構(gòu)的磷酸鈣納米材料。

本發(fā)明首先采用納米酚醛樹脂聚合物小球為模板，通過溶膠凝膠法使磷源和鈣鹽反應并在聚合物小球外面包裹上一層磷酸鈣包覆層，然后采用不同燒結(jié)機制進行煅燒，最終得到兩種不同結(jié)構(gòu)形貌的納米顆粒。本發(fā)明的制備方法中，只需在模板上包覆一層磷酸鈣，通過對包覆層厚度結(jié)構(gòu)的控制，及協(xié)同配合所述燒結(jié)升溫速度的控制，可以使包覆的單層磷酸鈣涂層在煅燒(燒結(jié))的過程中自動分層收縮，形成核-殼結(jié)構(gòu)磷酸鈣。相較于現(xiàn)有核-殼結(jié)構(gòu)或多層空心球在制備過程需要多步模板包覆方法，工藝更簡單，且核-殼的空腔、厚度、殼層孔徑、蛋黃大小等參數(shù)更易可控，使制得的納米材料的適用于各類藥物、基因的攜帶。

本發(fā)明方法的關鍵在于所述磷酸鈣的包覆層的厚度及燒結(jié)的溫度及升溫速率。

所述的包覆層厚度通過所述Ca/P投加摩爾比、包覆過程中磷源的投加摩爾濃度的(或Ca摩爾濃度)、并配合包覆時間來協(xié)同調(diào)控。

包覆的時間優(yōu)選為24-48h。

包覆過程的溫度例如為室溫。

作為優(yōu)選，在酚醛樹脂小球表面形成的磷酸鈣包覆層的厚度為50nm-150nm。

所述范圍下的包覆層厚度有利于制得所述核-殼的磷酸鈣納米材料。包覆層厚度小于所述范圍下限時難以分層形成核-殼結(jié)構(gòu)；厚度大于所述范圍的上限容易造成包覆層崩塌。

所述鈣鹽的投加摩爾以保證所述Ca/P摩爾比在所述范圍內(nèi)。Ca/P摩爾比不同，形成的磷酸鈣鹽不同(例如磷酸三鈣、磷酸氫二鈣、磷酸二氫鈣或磷酸八鈣等)。本發(fā)明中，所述反應物的濃度范圍下能保證磷酸鈣良好地包覆在酚醛樹脂表面，避免磷酸鈣沉淀形成實心磷酸鈣顆粒，從而有利于制得所述核-殼結(jié)構(gòu)的納米材料的結(jié)構(gòu)。

作為優(yōu)選，分散液中，磷源的摩爾濃度0.001-0.005mol/L；Ca/P摩爾比為5∶3。

升溫速度是形成核-殼結(jié)構(gòu)的關鍵；且燒結(jié)過程中，采用不同的燒結(jié)升溫速率可制得不同內(nèi)核結(jié)構(gòu)的核-殼結(jié)構(gòu)的磷酸鈣納米材料。步驟(3)中，所述的升溫速度為1-4℃/min；在該升溫速率下，分層后的內(nèi)核部分收縮較慢，內(nèi)核形成空心球，且在燒結(jié)過程中酚醛樹脂小球全部脫除；可制得表面多孔的空心球型內(nèi)核的核-殼結(jié)構(gòu)的磷酸鈣納米材料。在所述升溫速度下制得的磷酸鈣納米材料的殼體的內(nèi)徑為200-400nm，表面孔洞的孔徑為5nm-40nm；殼體厚度為5-50nm；表面多孔的空心球型內(nèi)核的外徑為50-150nm，厚度為5-20nm；孔徑5-10nm；其中，殼體的內(nèi)徑和內(nèi)核的外徑的比例為1.5-4。

步驟(3)中，所述的升溫速度為5-10℃/min；在該升溫速率下，在燒結(jié)過程中酚醛樹脂全部脫除，分層后的內(nèi)核部分收縮迅速，內(nèi)核形成實心球。制得實心球型內(nèi)核的核-殼結(jié)構(gòu)的磷酸鈣納米材料。在所述升溫速度下制得的磷酸鈣納米材料的殼體的內(nèi)徑為200-400nm，表面孔洞的孔徑為5nm-40nm；殼體厚度為5-50nm；實心球型內(nèi)核的外徑為50-150nm，其中，所述殼體的內(nèi)徑和內(nèi)核的外徑的比例為1.5-4。

作為優(yōu)選，步驟(3)中，干燥的溫度為50-100℃。

進一步優(yōu)選，步驟(3)中，升溫至100℃下并保溫干燥30min-1.5h。

作為優(yōu)選，在所述的煅燒溫度下煅燒時間為2-5h。

本發(fā)明中，現(xiàn)有的酚醛樹脂均可作為模板應用至本發(fā)明中。

酚醛樹脂小球的直徑影響核-殼結(jié)構(gòu)外殼直徑大小。作為優(yōu)選，所述酚醛樹脂小球的粒徑為100-2500nm。

所述的醇優(yōu)選為乙醇。

所述磷源選自P₂O₅、磷酸、偏磷酸中的至少一種。

進一步優(yōu)選，所述磷源為P₂O₅。

所述的鈣鹽采用現(xiàn)有水溶性鈣鹽。作為優(yōu)選，所述鈣鹽選自硝酸鈣、氯化鈣、醋酸鈣中的至少一種。

本發(fā)明還包括一種所述的核-殼結(jié)構(gòu)的磷酸鈣納米材料的應用，將所述核-殼結(jié)構(gòu)的磷酸鈣納米材料作為藥物載體制備靶向和/或緩釋藥物。

本發(fā)明提供的核-殼結(jié)構(gòu)的磷酸鈣納米材料的載藥量高于3200mg/g(即每克所述磷酸鈣納米材料載藥3200mg)，遠大于普通空心球的載藥量目前報道的1500mg/g的最大載藥量。

本發(fā)明提供的所述的兩種結(jié)構(gòu)的納米顆粒，具有較大可調(diào)的空腔，較高比表面積，蛋殼殼層厚度可調(diào)，殼層孔徑大小可控，蛋黃大小可調(diào)，尺寸均勻和分散性良好，不僅可作為在基因載體、藥物緩釋方面在納米反應器，催化，大容量生物分離、吸附方面具有廣闊的應用前景。

附圖說明

圖1：本發(fā)明實施例1制得的“蛋殼-蛋黃”結(jié)構(gòu)磷酸鈣透射電鏡圖；

圖2：本發(fā)明實施例4制得的“雙層空心球”結(jié)構(gòu)磷酸鈣透射電鏡圖；

圖3：本發(fā)明的制備過程工藝流程圖。

具體實施方式

以下實施例參照圖3所述工藝流程操作、實施：

實施例1

量取50ml乙醇倒入燒杯中，稱取0.1g的酚醛樹脂小球(粒徑550nm)放入乙醇中，超聲半小時，再加入P₂O₅，配成P₂O₅濃度為0.003mol/L的醇溶液，繼續(xù)超聲半小時得到聚合物小球和P₂O₅醇溶液，然后緩慢加入硝酸鈣醇溶液，使Ca/P摩爾比等于5∶3，繼續(xù)攪拌24小時，然后進行離心，洗滌，干燥(包覆層的厚度50nm)，然后以5℃/min的升溫速度升至550℃的，保溫煅燒2h后隨爐溫冷卻。制得的“蛋殼-蛋黃”結(jié)構(gòu)磷酸鈣透射電鏡圖見圖1。所制得的“蛋黃-蛋殼”結(jié)構(gòu)磷酸鈣顆粒外殼內(nèi)徑250nm、厚度20nm、殼層孔徑30nm，內(nèi)核外徑120nm對鹽酸阿霉素的負載率達4000mg/g。

實施例2

量取50ml乙醇倒入燒杯中，稱取0.1g的酚醛樹脂小球(粒徑550nm)放入乙醇中，超聲半小時，再加入P₂O₅，配成P₂O₅濃度為0.005mol/L的醇溶液，繼續(xù)超聲半小時得到聚合物小球和P₂O₅醇溶液，然后緩慢加入硝酸鈣醇溶液，使Ca/P摩爾比等于5∶3，繼續(xù)攪拌24小時，然后進行離心，洗滌，干燥，然后以10℃/min的升溫速度升至550℃的，保溫煅燒2h后隨爐溫冷卻。得到“蛋黃-蛋殼”結(jié)構(gòu)磷酸鈣顆粒。所制得的“蛋黃-蛋殼”結(jié)構(gòu)磷酸鈣顆粒的外殼內(nèi)徑350nm、厚度30nm、殼層孔徑25nm，內(nèi)核外徑130nm.對鹽酸阿霉素的負載率達3500mg/g。

實施例3

量取50ml乙醇倒入燒杯中，稱取0.1g的酚醛樹脂小球放入乙醇中，超聲半小時，再加入P₂O₅，配成P₂O₅濃度為0.010mol/L的醇溶液，繼續(xù)超聲半小時得到聚合物小球和P₂O₅醇溶液，然后緩慢加入硝酸鈣醇溶液，使Ca/P摩爾比等于5∶3，繼續(xù)攪拌24小時，然后進行離心，洗滌，干燥，然后以5℃/min的升溫速度升至550℃的，保溫煅燒2h后隨爐溫冷卻。得到“蛋黃-蛋殼”結(jié)構(gòu)磷酸鈣顆粒。所制得的“蛋黃-蛋殼”結(jié)構(gòu)磷酸鈣顆粒的外殼內(nèi)徑400nm、厚度35nm、殼層孔徑20nm，內(nèi)核外徑140nm.對鹽酸阿霉素的負載率達3200mg/g。

實施例4

量取50ml乙醇倒入燒杯中，稱取0.1g的酚醛樹脂小球放入乙醇中，超聲半小時，再加入P₂O₅，配成P₂O₅濃度為0.003mol/L的醇溶液，繼續(xù)超聲半小時得到聚合物小球和P₂O₅醇溶液，然后緩慢加入硝酸鈣醇溶液，使Ca/P摩爾比等于5∶3，繼續(xù)攪拌48小時后，再次添加等量P₂O₅和硝酸鈣，繼續(xù)攪拌24h，然后進行離心，洗滌，干燥，然后以2℃/min的升溫速度升至550℃的，保溫煅燒2h后隨爐溫冷卻。得到“雙層空心球”結(jié)構(gòu)磷酸鈣納米顆粒。制得的“雙層空心球”結(jié)構(gòu)磷酸鈣透射電鏡圖見圖2。所制得的“雙層空心球”結(jié)構(gòu)磷酸鈣納米顆粒的外殼內(nèi)徑250nm、厚度30nm、殼層孔徑40nm，內(nèi)空心球外徑120nm，壁厚20nm。對鹽酸阿霉素的負載率達3800mg/g。

實施例5

量取50ml乙醇倒入燒杯中，稱取0.1g的酚醛樹脂小球(粒徑600nm)放入乙醇中，超聲半小時，再加入P₂O₅，配成P₂O₅濃度為0.005mol/L的醇溶液，繼續(xù)超聲半小時得到聚合物小球和P₂O₅醇溶液，然后緩慢加入硝酸鈣醇溶液，使℃a/P摩爾比等于5∶3，繼續(xù)攪拌24小時后，再次添加等量P₂O₅和硝酸鈣，繼續(xù)攪拌24h，然后進行離心，洗滌，干燥，然后以2℃/min的升溫速度升至550℃的，保溫煅燒2h后隨爐溫冷卻。得到“雙層空心球”結(jié)構(gòu)磷酸鈣納米顆粒。所制得的“雙層空心球”結(jié)構(gòu)磷酸鈣納米顆粒的外殼內(nèi)徑350nm、厚度30nm、殼層孔徑25nm，內(nèi)核外徑130nm，壁厚20nm。對鹽酸阿霉素的負載率達4200mg/g。

實施例6

量取50ml乙醇倒入燒杯中，稱取0.1g的酚醛樹脂小球(粒徑600nm)放入乙醇中，超聲半小時，再加入P₂O₅，配成P₂O₅濃度為0.010mol/L的醇溶液，繼續(xù)超聲半小時得到聚合物小球和P₂O₅醇溶液，然后緩慢加入硝酸鈣醇溶液，使Ca/P摩爾比等于5∶3，繼續(xù)攪拌24小時后，再次添加等量P₂O₅和硝酸鈣，繼續(xù)攪拌24h，然后進行離心，洗滌，干燥，然后以4℃/min的升溫速度升至550℃的，保溫煅燒2h后隨爐溫冷卻。得到“雙層空心球”結(jié)構(gòu)磷酸鈣納米顆粒。所制得的“雙層空心球”結(jié)構(gòu)磷酸鈣納米顆粒的外殼內(nèi)徑400nm、厚度35nm、殼層孔徑15nm，內(nèi)核外徑150nm，壁厚25nm.對鹽酸阿霉素的負載率達3400mg/g。