本發(fā)明屬于高分子材料技術(shù)領(lǐng)域，涉及了一種對(duì)近紅外光、溫度、ph和還原四重響應(yīng)性納米復(fù)合物的制備及其應(yīng)用。

背景技術(shù)：

近年來，各種各樣的納米載體用于控制釋放取得了長(zhǎng)足的發(fā)展，尤其是介孔二氧化硅。以介孔二氧化硅為載體用于客體分子的釋放具有生物相容性好、表面易于修飾、裝載量大等優(yōu)點(diǎn)，但是單純的介孔二氧化硅材料無法滿足客體分子釋放的可控性要求，以及存在裝載客體分子提前泄露的問題。

另外，目前用于控制釋放的納米載體大多數(shù)都是單響應(yīng)的，如對(duì)ph，溫度，光，還原劑等敏感，而面對(duì)復(fù)雜多變的環(huán)境，單一刺激響應(yīng)的納米載體，已經(jīng)無法滿足現(xiàn)實(shí)需要，限制了其應(yīng)用，而多重刺激響應(yīng)的納米載體能夠更好、更多的發(fā)揮控制釋放的作用。

刺激響應(yīng)性的納米復(fù)合物在藥物的控制釋放領(lǐng)域中有很好的應(yīng)用。由于生物體內(nèi)復(fù)雜的環(huán)境，ph刺激響應(yīng)的納米載體已經(jīng)得到了廣泛地研究。二硫鍵是一個(gè)維持蛋白質(zhì)三維網(wǎng)格結(jié)構(gòu)重要的共價(jià)鍵，當(dāng)還原劑(谷胱甘肽或者二硫蘇糖醇)存在時(shí)能發(fā)生降解，一般情況下癌細(xì)胞呈現(xiàn)出還原性，所以用二硫鍵作為連結(jié)劑得到大量研究。相對(duì)來說，近紅外光響應(yīng)的納米載體報(bào)道的比較少，因其很好的時(shí)空性，生物相容性從而可以更精確的實(shí)現(xiàn)藥物控制釋放。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為了解決上述問題，本發(fā)明提供了一種具有近紅外光、溫度、ph和還原響應(yīng)的四重響應(yīng)性的納米復(fù)合物的制備方法及應(yīng)用。

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下：

一種四重響應(yīng)性納米復(fù)合物，所述納米復(fù)合物是以還原斷裂的二硫鍵作為連接點(diǎn)，通過原子轉(zhuǎn)移自由基聚合反應(yīng)在還原氧化石墨烯-介孔二氧化硅復(fù)合物表面聚合甲基丙烯酸二甲氨基乙酯。

四重響應(yīng)性納米復(fù)合物的優(yōu)選技術(shù)方案為，所述納米復(fù)合物是以還原氧化石墨烯鑲嵌進(jìn)介孔二氧化硅中形成具有三明治結(jié)構(gòu)的納米載體rgo@msio2，以還原斷裂的雙二硫醚作為rgo@msio2和溫度、ph敏感的聚甲基丙烯酸二甲氨基乙酯(pdmaema)之間的連結(jié)劑，得到具有四重響應(yīng)的聚合物包裹rgo@msio2的納米復(fù)合物。

四重響應(yīng)性納米復(fù)合物的優(yōu)選技術(shù)方案為，所述四重響應(yīng)的聚合物包裹rgo@msio2的納米復(fù)合物具有如下結(jié)構(gòu)式：

四重響應(yīng)性納米復(fù)合物的優(yōu)選技術(shù)方案為，所述還原氧化石墨烯-介孔二氧化硅復(fù)合物是將氧化石墨烯在堿水中還原，以十六烷基三甲基溴化銨為模板，通過正硅酸乙酯的水解形成化石墨烯-介孔二氧化硅復(fù)合物。

本發(fā)明還涉及此四重響應(yīng)性納米復(fù)合物的制備方法，具體步驟如下：

1)制備還原氧化石墨烯-介孔二氧化硅復(fù)合物：將40～60毫克氧化石墨烯在500～700w功率的超聲機(jī)中超聲2～3h進(jìn)行打碎；破碎的氧化石墨烯分散在ph＝11～12的堿水中，75～85℃油浴攪拌12h進(jìn)行還原，然后加入1.5～2.0克的十六烷基三甲基溴化銨并調(diào)節(jié)ph＝11.8～12攪拌30分鐘，最后加入850～900微升正硅酸乙酯在75～85℃油浴繼續(xù)攪拌24h，離心后即得到還原氧化石墨烯-介孔二氧化硅復(fù)合物；

2)復(fù)合物的表面功能化：將步驟1)得到的230～270毫克復(fù)合物分散到甲苯中，在75～85℃油浴下攪拌30分鐘，然后滴加2～3毫升異氰酸丙基三乙氧基硅烷回流24小時(shí)，離心、清洗、真空干燥；將得到的產(chǎn)物分散到25～30毫升n,n-二甲基甲酰胺中，然后滴加雙(2-羥基乙基)二硫醚，在75～85℃下油浴攪拌24～36小時(shí)，離心、清洗、真空干燥；將上述產(chǎn)物重新分散到20毫升無水四氫呋喃中，冰浴，待溫度冷卻到0℃時(shí)，加入0.8～0.9毫升的三乙胺和2-溴-2-甲基丙酰溴，0℃反應(yīng)2～3小時(shí)后，再轉(zhuǎn)移到室溫下反應(yīng)24～36小時(shí)，其中異氰酸丙基三乙氧基硅烷、雙(2-羥基乙基)二硫醚和2-溴-2-甲基丙酰溴的摩爾比為1:1:1～2；

3)去除模板：將步驟2得到的產(chǎn)物重新分散到0.6wt％硝酸銨的乙醇溶液中，70～80℃回流2～3小時(shí)，重復(fù)此步驟3次后離心、清洗、真空干燥后備用；

4)將步驟3)得到的表面功能化的230～270毫克還原氧化石墨烯-介孔二氧化硅復(fù)合物、6～6.8毫升甲基丙烯酸二甲氨基乙酯和25～28毫克溴化亞銅，分散到干燥的12毫升n,n-二甲基甲酰胺中，置于舒?zhèn)惪藷恐?，用注射器?2～57微升三(2-二甲氨基乙基)胺注射到舒?zhèn)惪藷恐校袄鋬?抽氣-解凍”五至八次循環(huán)后在溫度為75～85℃油浴中反應(yīng)48～60小時(shí)，然后離心、清洗、真空干燥后，得到三重響應(yīng)性納米復(fù)合物，其中溴化亞銅、三(2-二甲氨基乙基)胺和甲基丙烯酸二甲氨基乙酯的摩爾比為1:1:175～200。

所述納米復(fù)合物制備方法的優(yōu)選技術(shù)方案為，所述步驟1)中，氧化石墨烯的制備方法為改進(jìn)的hummer’s法：1克的天然石墨片與60克的氯化鈉混合在研體中磨碎，再與1～2升水混合待氯化鈉溶解后抽濾，將得到的石墨在80～90℃真空干燥過夜；干燥的石墨片與23毫升的98％的h2so2混合室溫下攪拌8～12小時(shí)，在冰浴條件下緩慢加入3克的高錳酸鉀，再在38～42℃油浴中攪拌30分鐘，加熱到70～80℃保溫45分鐘，然后加入3毫升的去離子水，再加熱到100～105℃保溫5分鐘后加入3毫升去離子水，保溫5分鐘后加入40毫升的去離子水，維持溫度在100～105℃，15分鐘后加入140毫升去離子水和10毫升30％的h2o2終止反應(yīng)。離心后得到氧化石墨烯。

本發(fā)明還涉及此四重響應(yīng)性納米復(fù)合物的應(yīng)用，將納米復(fù)合物分散在去離子水中，濃度為3～6mg/ml，同時(shí)加入50毫克水溶性的客體分子，用磁力攪拌器攪拌24小時(shí)，待裝載過程結(jié)束后，用截留分子量3500的透析袋進(jìn)行透析48～60小時(shí)去除大部分未裝載進(jìn)去的客體分子，然后多次離心直到離心出來的上清液沒有熒光為止，冷凍干燥，得到裝載客體分子的納米復(fù)合物。

所述四重響應(yīng)性納米復(fù)合物應(yīng)用的優(yōu)選技術(shù)方案為，所述客體分子為羅丹明b。

所述四重響應(yīng)性納米復(fù)合物應(yīng)用的優(yōu)選技術(shù)方案為，所述客體分子對(duì)近紅外光、溫度、ph和還原四重響應(yīng)釋放可控。

所述四重響應(yīng)性納米復(fù)合物應(yīng)用的優(yōu)選技術(shù)方案為，所述藥物釋放可控的客體分子中加入還原劑二硫蘇糖醇，使裝載的小分子從納米復(fù)合物中釋放出來。

所述四重響應(yīng)性納米復(fù)合物應(yīng)用的優(yōu)選技術(shù)方案為，藥物釋放可控的客體分子在近紅外光照射下，還原的氧化石墨烯產(chǎn)生的熱能使溫度響應(yīng)的聚合物收縮打開孔道，客體分子釋放。

上述四重響應(yīng)的納米復(fù)合物的制備方法，其具體制備路線如下所示：

1)rgo@msio2的納米載體的制備

2)聚合物rgo@msio2表面功能化及聚合物的接枝

本發(fā)明將具有近紅外光熱效應(yīng)的還原氧化石墨烯“鑲嵌”進(jìn)介孔二氧化硅中形成具有三明治結(jié)構(gòu)的納米載體(rgo@msio2)，再以還原斷裂的雙(2-羥基乙基)二硫醚作為rgo@msio2和具有溫度、ph響應(yīng)的聚甲基丙烯酸二甲氨基乙酯(pdmaema)之間的連結(jié)劑，得到具有四重響應(yīng)的聚合物包裹rgo@msio2的納米復(fù)合物，這種納米復(fù)合物裝載客體分子后可以用于控制釋放。

本發(fā)明的有益之處在于：本發(fā)明制備出來的納米復(fù)合物具有近紅外光、溫度、ph和還原四重刺激響應(yīng)。在近紅外光照射下，還原的氧化石墨烯產(chǎn)生的熱能使溫度響應(yīng)的聚合物收縮打開孔道，同時(shí)熱加快分子擴(kuò)散速度促進(jìn)裝載的客體分子釋放。通過外部加熱同樣可以使溫度響應(yīng)的聚合物收縮打開孔道，同時(shí)熱加快分子擴(kuò)散速度促進(jìn)裝載的客體分子釋放。在酸性的條件下，聚合物質(zhì)子化帶正電覆蓋在帶負(fù)電的還原氧化石墨烯-介孔二氧化硅復(fù)合物抑制了客體分子的釋放；相反，堿性條件下，去質(zhì)子化的聚合物與介孔二氧化硅分離，促進(jìn)了釋放；還原劑的加入使得二硫鍵斷裂，聚合物pdmaema脫落打開孔道促進(jìn)了裝載的客體分子的釋放。本發(fā)明在藥物控制釋放等領(lǐng)域有著廣泛地應(yīng)用。

附圖說明

圖1為制備的rgo@msio2的透射電子顯微鏡形貌圖；

圖2為制備的rgo@msio2的氮?dú)馕脚c解吸附圖及介孔孔徑大小分布圖；

圖3為制備的納米復(fù)合物的x射線光電子能譜圖；

圖4為納米復(fù)合物的紅外光譜圖，a為go、b為rgo@msio2、c為rgo@msio2-ss-br、d為rgo@msio2-ss-p；

圖5為納米復(fù)合物的熱失重分析圖，a為rgo@msio2、b為rgo@msio2-ss-p；

圖6為制備的氧化石墨烯基材料(0.5mgml^-1)的近紅外光(3wcm²)誘導(dǎo)的溫度變化圖；

圖7為實(shí)施例1中裝載在納米復(fù)合物中的羅丹明b在ph或溫度的刺激下的釋放量曲線；

圖8為實(shí)施例1中裝載在納米復(fù)合物中的羅丹明b在不同濃度的還原劑的刺激下釋放量曲線；

圖9為實(shí)施例1中裝載在納米復(fù)合物中的羅丹明b用近紅外光(3wcm²)在特定時(shí)間點(diǎn)照10分鐘的釋放量曲線；

圖10為實(shí)施例1中裝載在納米復(fù)合物中的羅丹明b在四重刺激聯(lián)合作用下的釋放量曲線。

具體實(shí)施方式

實(shí)施例1

一種四重響應(yīng)性納米復(fù)合物的制備方法如下：

步驟1.制備還原氧化石墨烯-介孔二氧化硅復(fù)合物：采用改進(jìn)的hummer’s法制備氧化石墨烯：1克的天然石墨片與60克的氯化鈉混合在研體中磨碎，再與1～2升水混合待氯化鈉溶解后抽濾，將得到的石墨在80～90℃真空干燥過夜；干燥的石墨片與23毫升的98％的h2so2混合室溫下攪拌8～12小時(shí)，在冰浴條件下緩慢加入3克的高錳酸鉀，再在38～42℃油浴中攪拌30分鐘，加熱到70～80℃保溫45分鐘，然后加入3毫升的去離子水，再加熱到100～105℃保溫5分鐘后加入3毫升去離子水，保溫5分鐘后加入40毫升的去離子水，維持溫度在100～105℃，15分鐘后加入140毫升去離子水和10毫升30％的h2o2終止反應(yīng)。離心后得到氧化石墨烯；將得到的氧化石墨烯在500w功率的超聲機(jī)中超聲3h進(jìn)行打碎；將50mg破碎的氧化石墨烯分散在90毫升ph＝12的堿水中，80℃油浴攪拌12h進(jìn)行還原，然后加入1.8克的十六烷基三甲基溴化銨并調(diào)節(jié)ph＝12攪拌30分鐘，最后加入900微升的正硅酸乙酯80℃油浴繼續(xù)攪拌24小時(shí)，離心后即得到還原氧化石墨烯-介孔二氧化硅復(fù)合物；

步驟2.還原氧化石墨烯-介孔二氧化硅復(fù)合物的表面功能化：將步驟1得到的250毫克的復(fù)合物分散到50毫升的甲苯中80℃油浴下攪拌30分鐘，然后滴加2.5毫升的異氰酸丙基三乙氧基硅烷回流24小時(shí)，離心、清洗、真空干燥；然后為了引入還原響應(yīng)的二硫鍵，將得到的產(chǎn)物分散到30毫升的n,n-二甲基甲酰胺中，然后滴加3毫升的雙(2-羥基乙基)二硫醚80℃下油浴攪拌24小時(shí)，離心、清洗、真空干燥；最后引入原子轉(zhuǎn)移自由基聚合反應(yīng)的引發(fā)劑，將產(chǎn)物重新分散到20毫升的無水四氫呋喃中冰浴，待溫度冷卻到0℃時(shí)，加入0.85毫升的三乙胺和2.5毫升的2-溴-2-甲基丙酰溴，0℃反應(yīng)2小時(shí)后，再轉(zhuǎn)移到室溫下反應(yīng)24小時(shí)；

步驟3.去除模板：將步驟2得到的產(chǎn)物重新分散到0.6wt％硝酸銨的乙醇溶液中，70℃回流3小時(shí)，重復(fù)此步驟3次后離心、清洗、真空干燥后備用；

步驟4.將步驟3得到的表面功能化的還原氧化石墨烯-介孔二氧化硅復(fù)合物(250毫克)、甲基丙烯酸二甲氨基乙酯(6毫升)和溴化亞銅(28毫克)分散在12毫升的n,n-二甲基甲酰胺中，置于舒?zhèn)惪藷恐校米⑸淦鲗?5微升的三(2-二甲氨基乙基)胺注射到舒?zhèn)惪藷恐?，“冷?抽氣-解凍”五至八次循環(huán)后再溫度為75℃油浴中反應(yīng)48小時(shí)，然后離心、清洗、真空干燥后得到四重響應(yīng)性納米復(fù)合物。

客體分子羅丹明b的裝載過程：將納米復(fù)合物分散在去離子水中，濃度為5mg/ml，同時(shí)加入50毫克水溶性的羅丹明b，用磁力攪拌器攪拌24小時(shí)，待裝載過程結(jié)束后，用截留分子量3500的透析袋進(jìn)行透析60小時(shí)去除大部分未裝載進(jìn)去的客體分子，然后多次離心直到離心出來的上清液沒有熒光為止，冷凍干燥，得到裝載客體分子的納米復(fù)合物。

上述裝載客體分子的納米復(fù)合物控制釋放過程為：ph響應(yīng)的釋放操作為，將2毫克的上述裝載羅丹明b的納米復(fù)合物分散到2毫升的不同ph值的緩沖溶液中，然后裝進(jìn)截留分子量為3500的透析袋中置于裝有30毫升的相應(yīng)ph值的緩沖溶液小燒杯中，每隔一定的時(shí)間取出2毫升再加入2毫升新鮮的緩沖溶液，測(cè)定取出溶液的紫外吸收光譜來確定羅丹明的累計(jì)釋放量。還原響應(yīng)的釋放操作與ph響應(yīng)的釋放操作類似，不同的是將還原劑加入到緩沖溶液中；溫度響應(yīng)的釋放操作與ph響應(yīng)的釋放操作類似，不同的是將小燒杯放置在不同的溫度中保溫。近紅外光響應(yīng)的釋放操作也類似，但是裝載客體分子的納米復(fù)合物的濃度為0.5毫克/毫升，并且在釋放過程中在第4小時(shí)和第9小時(shí)取出透析袋中的液體用近紅外光照射10分鐘再放回透析袋中繼續(xù)釋放。

實(shí)施例2

步驟1.制備還原氧化石墨烯-介孔二氧化硅復(fù)合物：采用改進(jìn)的hummer’s法制備氧化石墨烯，將得到的氧化石墨烯在600w功率的超聲機(jī)中超聲2h進(jìn)行打碎；將60mg破碎的氧化石墨烯分散在100毫升ph＝11的堿水中，85℃油浴攪拌12h進(jìn)行還原，然后加入2.0克的十六烷基三甲基溴化銨并調(diào)節(jié)ph＝11.8攪拌30分鐘，最后加入850微升的正硅酸乙酯85℃油浴繼續(xù)攪拌24小時(shí)，離心后即得到還原氧化石墨烯-介孔二氧化硅復(fù)合物。

步驟2.還原氧化石墨烯-介孔二氧化硅復(fù)合物的表面功能化：將步驟1得到的270毫克的復(fù)合物分散到50毫升的甲苯中85℃油浴下攪拌30分鐘，然后滴加3.0毫升的異氰酸丙基三乙氧基硅烷回流24小時(shí)，離心、清洗、真空干燥；然后為了引入還原響應(yīng)的二硫鍵，將得到的產(chǎn)物分散到25毫升的n,n-二甲基甲酰胺中，然后滴加3毫升的雙(2-羥基乙基)二硫醚85℃下油浴攪拌24小時(shí)，離心、清洗、真空干燥；最后引入原子轉(zhuǎn)移自由基聚合反應(yīng)的引發(fā)劑，將產(chǎn)物重新分散到20毫升的無水四氫呋喃中冰浴，待溫度冷卻到0℃時(shí)，加入0.9毫升的三乙胺和2.5毫升的2-溴-2-甲基丙酰溴，0℃反應(yīng)2小時(shí)后，再轉(zhuǎn)移到室溫下反應(yīng)24小時(shí)；

步驟3.去除模板：將步驟2得到的產(chǎn)物重新分散到0.6％(wt)硝酸銨的乙醇溶液中，80℃回流3小時(shí)，重復(fù)此步驟3次后離心、清洗、真空干燥后備用；

步驟4.將步驟3得到的表面功能化的還原氧化石墨烯-介孔二氧化硅復(fù)合物(270毫克)、甲基丙烯酸二甲氨基乙酯(6.8毫升)和溴化亞銅(25毫克)分散在12毫升的n,n-二甲基甲酰胺中，置于舒?zhèn)惪藷恐?，用注射器?7微升的三(2-二甲氨基乙基)胺注射到舒?zhèn)惪藷恐?，“冷?抽氣-解凍”五至八次循環(huán)后再溫度為85℃油浴中反應(yīng)60小時(shí)，然后離心、清洗、真空干燥得到四重響應(yīng)性納米復(fù)合物。

客體分子羅丹明b的裝載過程：將納米復(fù)合物分散在去離子水中，濃度為5mg/ml，同時(shí)加入50毫克水溶性的羅丹明b，用磁力攪拌器攪拌24小時(shí)，待裝載過程結(jié)束后，用截留分子量3500的透析袋進(jìn)行透析48小時(shí)去除大部分未裝載進(jìn)去的客體分子，然后多次離心直到離心出來的上清液沒有熒光為止，冷凍干燥，得到藥物釋放可控的客體分子。

上述裝載客體分子的納米復(fù)合物控制釋放過程為：ph響應(yīng)的釋放操作為，將2毫克的上述裝載羅丹明b的納米復(fù)合物分散到2毫升的不同ph值的緩沖溶液中，然后裝進(jìn)截留分子量為3500的透析袋中置于裝有30毫升的相應(yīng)ph值的緩沖溶液小燒杯中，每隔一定的時(shí)間取出2毫升再加入2毫升新鮮的緩沖溶液，測(cè)定取出溶液的紫外吸收光譜來確定羅丹明的累計(jì)釋放量。還原響應(yīng)的釋放操作與ph響應(yīng)的釋放操作類似，不同的是將還原劑加入到緩沖溶液中；溫度響應(yīng)的釋放操作與ph響應(yīng)的釋放操作類似，不同的是將小燒杯放置在不同的溫度中保溫。近紅外光響應(yīng)的釋放操作也類似，但是裝載客體分子的納米復(fù)合物的濃度為0.5毫克/毫升，并且在釋放過程中在第4小時(shí)和第9小時(shí)取出透析袋中的液體用近紅外光照射10分鐘再放回透析袋中繼續(xù)釋放。