專利名稱：納米復(fù)合材料的原位制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及的是一種復(fù)合材料技術(shù)領(lǐng)域的制備方法，具體涉及一種納米復(fù)合材料的原位制備方法。
背景技術(shù)：
具有磁性功能的介孔二氧化硅藥物傳輸體系，在定點(diǎn)控制釋放等很多方面都有潛在的應(yīng)用，它可以將藥物引導(dǎo)到病變組織來實(shí)現(xiàn)定點(diǎn)藥物釋放。曾有報道以磁性的鐵氧化物為門來控制基因在介孔材料中的釋放。Lin等就報道了以超順磁性的四氧化三鐵納米粒子為帽狀控制開關(guān)的MCM-41藥物釋放體系。還有研究者報道了用市場上買來的磁性納米粒子作為核的介孔二氧化硅復(fù)合材料，作為生物分離和催化劑的載體材料。然而，這些報道的體系基本上都是以孔道直徑僅為2-4nm的介孔MCM-41為基體，很難用于裝載大分子量的藥物，并且磁性粒子形成和介孔二氧化硅的自組裝過程是分別、獨(dú)立完成的，所以材料的最終形態(tài)比較難控制。
在具有較大孔道直徑的SBA-15材料中(4-30nm)，我們研究了用親水性的鐵前驅(qū)體原位自組裝的方法生成含有磁性粒子的藥物釋放體系。發(fā)現(xiàn)由于FeCl2的親水性，無法組裝到嵌段共聚物P123形成的納米微球中，導(dǎo)致最終體系的磁性粒子含量較低，不具有明顯的磁性。同時，在自組裝過程，親水性鐵前驅(qū)體主要存在于嵌段共聚物P123形成的膠束外表面，最終體系的孔道直徑僅有4nm左右。因此，就有必要去探究其它更為優(yōu)秀的方法，來合成具有更大孔道直徑和較高磁性粒子含量的體系。此發(fā)明所報道的制備方法能夠解決上述問題，從而得到同時具有磁性、溫敏效應(yīng)的有序納米孔聚合物-無機(jī)納米復(fù)合材料。
經(jīng)對現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)的檢索發(fā)現(xiàn)，《Advanced Functional Materials》(《功能性前沿材料》)，于2005年，15期，1377頁上報道的“One-step synthesis ofhighly orderedmesoporous silica Monoliths with metal oxide nanocrystals in their channels”(“一步法合成孔道中具有金屬氧化物納米晶的介孔二氧化硅塊體”)這種方法基于金屬離子與嵌段共聚物中的-O-基團(tuán)相互作用而形成的絡(luò)合物的組裝而得到的，納米Fe2O3緊密排列在二氧化硅的孔道中，形成似絲狀形貌，所用磁性前驅(qū)體的水溶性，導(dǎo)致組裝復(fù)合材料中的氧化鐵的含量有限，由于沒有提供磁性測試結(jié)果，最終材料是否具有磁性不得而知。同時形成的納米三氧化二鐵由于占據(jù)了孔道，所得的復(fù)合材料的孔徑只有5.2-5.9nm，不適合較大分子的吸附和裝載。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)中的不足，提供一種納米復(fù)合材料的原位制備方法。在介孔材料的自組裝過程中原位生成磁性納米粒子，合成具有較大孔道直徑和較高磁性粒子含量的納米復(fù)合體系，同時，在介孔孔道中設(shè)計(jì)了溫敏聚合物，該體系具有磁性能和溫度刺激響應(yīng)性能，可應(yīng)用于藥物裝載。
本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的，本發(fā)明具體包括如下步驟步驟一，取1份-5份的嵌段共聚物P123(EO20PO70EO20)溶于2M鹽酸中；緩慢加入1份-5份含鐵的前驅(qū)體Fe(CO)5，并攪拌1h；接著，在攪拌條件下加入4份-8份正硅酸乙酯(TEOS)，并在30℃-50℃下繼續(xù)攪拌20h-25h，移至烘箱中；過濾，將得到的沉淀物放置在室溫下干燥，轉(zhuǎn)至450℃-550℃的馬弗爐(市售)中煅燒6h，再將得到的褐色粉末放置在420℃-480℃的真空爐中熱處理4h，最后就得到了具有磁性的納米孔材料。
步驟二，將溶解在酒精中的1/10份-2份的異丙基丙烯酰胺(NIPA)，緩慢滴加入上述具有磁性的納米孔材料中，通過“冷凍-脫氣-解凍”循環(huán)法處理三次；接著充氮?dú)庖在s走反應(yīng)體系中的氧氣，然后升溫至75℃-85℃反應(yīng)24h，最后，將得到深褐色粉末，用酒精沖洗，洗去包附在孔道外部的聚合物，過濾干燥，得到最終的有序納米孔聚合物-無機(jī)納米復(fù)合材料。
步驟一中，所述的嵌段共聚物P123溶于2M鹽酸，其條件是攪拌2h。
所述的攪拌，是在30℃-50℃溫度范圍內(nèi)進(jìn)行。
步驟一中，所述的移至烘箱，其條件是靜止24h。
所述的條件，具體是在70℃-90℃溫度下靜止24h。
所述的“冷凍-脫氣-解凍”循環(huán)法，具體是通過冷凍、脫氣、解凍的循環(huán)達(dá)到將沸點(diǎn)高的液態(tài)物質(zhì)引入孔道中，同時從體系中除掉揮發(fā)性溶劑。
所述的有序納米孔聚合物-無機(jī)納米復(fù)合材料，其介孔的孔徑為8nm-15nm，兼具有磁性能及溫度刺激響應(yīng)性能。
所述的聚異丙基丙烯酰胺(NIPA)，使體系具有溫敏效應(yīng)。
本發(fā)明為一種納米四氧化三鐵/聚異丙基丙烯酰胺/介孔二氧化硅的納米復(fù)合材料的原位制備方法。利用介孔材料的自組裝和原位聚合法相結(jié)合，確保納米磁性顆粒氧化鐵在介孔基體的組裝過程中原位生成，從而確保復(fù)合材料在具有磁性的同時，保持大的孔徑和高的比表面積，以利于下一步的聚合反應(yīng)的進(jìn)行。介孔SiO2表面大量的羥基基團(tuán)，以及異丙基丙烯酰胺的水溶性使得單體-異丙基丙烯酰胺能較好地滲入到介孔的孔道中，從而實(shí)現(xiàn)溫敏聚合物在介孔孔道中的生成。
本發(fā)明使用親油性的Fe(CO)5作為先驅(qū)體，不僅可以引入磁性源，而且還可以在溶膠-凝膠自組裝過程中，對形成的P123膠束進(jìn)行擴(kuò)充，最終得到具有較大孔道直徑(8-15nm)的含有磁性粒子的介孔SBA-15(六方結(jié)構(gòu)的二氧化硅)體系。較大孔徑的介孔孔道為功能聚合物的引入提供了可能，同時為最終藥物的裝載提供了空間，得到的納米復(fù)合材料藥物裝載量高達(dá)71.5wt％，是現(xiàn)有技術(shù)中SBA-15體系最大藥物裝載量的兩倍。由磁性測試可知本發(fā)明所報道的納米復(fù)合體系的飽和磁化率為0.77emu/g，可以通過外界的磁場使材料達(dá)到所指定的地點(diǎn)，同時材料在32℃表現(xiàn)出明顯的溫度響應(yīng)性能，所以這種納米復(fù)合材料體系有望在藥物定點(diǎn)釋放、生物分離以及催化載體等方面得到應(yīng)用。
本發(fā)明所得到納米復(fù)合材料不但具有磁性功能、溫度響應(yīng)性，而且具有較窄的孔徑分布，平均孔徑在8-15nm，而對比文獻(xiàn)中報道的用水溶性的前驅(qū)體制備的二氧化硅塊體平均孔徑大約為6nm，兩者相差2-9nm.


圖1為本發(fā)明制備方法的工藝流程圖。
圖2為實(shí)施例3中不同溫度下樣品I-SBA-PNIPA和I-SBA的累積藥物釋放量與時間的變化曲線示意圖。
圖3為實(shí)施例3中0℃和45℃條件下，聚合體系的累積藥物釋放量與時間關(guān)系曲線示意圖。
具體實(shí)施例方式
下面對本發(fā)明的實(shí)施例作詳細(xì)說明本實(shí)施例在以本發(fā)明技術(shù)方案為前提下進(jìn)行實(shí)施，給出了詳細(xì)的實(shí)施方式和具體的操作過程，但本發(fā)明的保護(hù)范圍不限于下述的實(shí)施例。
實(shí)施例1參見圖1所示的工藝流程。將1份共聚物P123(EO20PO70EO20)加入到120mL的2M的鹽酸溶液中，在40℃攪拌2h，直至其全部溶解。然后，緩慢加入1份的羰基鐵Fe(CO)5(化學(xué)純)，并攪拌1h。接著在不斷攪拌的條件下，加入4份的正硅酸乙酯(TEOS)，并在45℃下攪拌24 h后，移至80℃的烘箱中靜止24h。過濾后將得到的沉淀物，放置在室溫下干燥后，轉(zhuǎn)至500℃的馬弗爐中煅燒6h，再將得到的褐色粉末放置在450℃的真空爐中熱處理4h，最后就得到了磁性介孔二氧化硅I-SBA復(fù)合材料。
把1/10份(例如0.2g)異丙基丙烯酰胺(NIPA)，一定量的偶氮二異丁腈(AIBN)和N，N’-亞甲基雙丙烯酰胺完全溶解在2mL的酒精中，緩慢滴加入0.5g I-SBA材料中，充分吸收浸潤1h后，轉(zhuǎn)移至0℃的冰箱中0.5h，然后放在真空箱中抽真空10min，再轉(zhuǎn)移至50℃的水浴中加熱10min，如此循環(huán)數(shù)次，直至粉末基本上干燥，這就是可以使有機(jī)單體在介孔孔道中均勻分散的“冷凍-脫氣-解凍”循環(huán)法。接著將混合物轉(zhuǎn)移至氮?dú)夥諊?，并升溫?0℃反應(yīng)24h。最后，將得到深褐色粉末，用酒精沖洗數(shù)遍，洗去包附在孔道外部的聚合物，過濾干燥后就得到了磁性、溫敏響應(yīng)的多功能藥物控制釋放復(fù)合材料I-SBA-PNIPA。通過性能測試發(fā)現(xiàn)比表面積達(dá)到500m2/g，平均孔徑為9nm，藥物裝載量達(dá)到65％。室溫磁回滯曲線測試發(fā)現(xiàn)復(fù)合材料具有超順磁性。
實(shí)施例2將5份共聚物P123(EO20PO70EO20)加入到2M的鹽酸溶液中，在50℃攪拌2h，直至其全部溶解。然后，緩慢加入5份的羰基鐵Fe(CO)5(化學(xué)純)，并攪拌1h。接著在不斷攪拌的條件下，加入8份的正硅酸乙酯(TEOS)，并在50℃下攪拌24h后，移至90℃的烘箱中靜止24h。過濾后將得到的沉淀物，放置在室溫下干燥后，轉(zhuǎn)至550℃的馬弗爐中煅燒6h，再將得到的褐色粉末放置在480℃的真空爐中熱處理4h，最后就得到了磁性介孔二氧化硅I-SBA復(fù)合材料。
把2份異丙基丙烯酰胺(NIPA)，偶氮二異丁腈(AIBN)和少量N,N’-亞甲基雙丙烯酰胺完全溶解在40mL的酒精中，緩慢滴加入10g上述所制備的磁性二氧化硅材料I-SBA中，充分吸收浸潤1h后，轉(zhuǎn)移至0℃的冰箱中0.5h，然后放在真空箱中抽真空10min，再轉(zhuǎn)移至50℃的水浴中加熱10min，如此循環(huán)數(shù)次，直至粉末基本上干燥，這就是可以使有機(jī)單體在介孔孔道中均勻分散的“冷凍-脫氣-解凍”循環(huán)法。接著將混合物轉(zhuǎn)移至氮?dú)夥諊?，并升溫?5℃反應(yīng)24h。最后，將得到深褐色粉末，用酒精沖洗數(shù)遍，洗去包附在孔道外部的聚合物，過濾干燥后就得到了磁性、溫敏響應(yīng)的多功能藥物控制釋放復(fù)合材料I-SBA-PNIPA。通過性能測試發(fā)現(xiàn)比表面積達(dá)到460m2/g，平均孔徑為15nm，藥物裝載量達(dá)到70％。室溫磁滯回線測試發(fā)現(xiàn)復(fù)合材料具有超順磁性。
實(shí)施例3將4份共聚物P123(EO20PO70EO20)加入到2M的鹽酸溶液中，在30℃攪拌2h，直至其全部溶解。然后，緩慢加入4份的羰基鐵Fe(CO)5(化學(xué)純)，并攪拌1h。接著在不斷攪拌的條件下，加入6份的正硅酸乙酯(TEOS)，并在30℃下攪拌24h后，移至70℃的烘箱中靜止24h。過濾后將得到的沉淀物，放置在室溫下干燥后，轉(zhuǎn)至450℃的馬弗爐中煅燒6 h，再將得到的褐色粉末放置在420℃的真空爐中熱處理4h，最后就得到了磁性介孔二氧化硅I-SBA復(fù)合材料。
把1份異丙基丙烯酰胺(NIPA)，一定量的偶氮二異丁腈(AIBN)和少量N，N’-亞甲基雙丙烯酰胺完全溶解在20mL的酒精中，緩慢滴加入5g上述所制備的磁性二氧化硅材料I-SBA中，充分吸收浸潤1h后，轉(zhuǎn)移至0℃的冰箱中0.5h，然后放在真空箱中抽真空10min，再轉(zhuǎn)移至50℃的水浴中加熱10min，如此循環(huán)數(shù)次，直至粉末基本上干燥。接著將混合物轉(zhuǎn)移至氮?dú)夥諊校⑸郎刂?5℃反應(yīng)24h。最后，將得到深褐色粉末，用酒精沖洗數(shù)遍，洗去包附在孔道外部的聚合物，過濾干燥后就得到了磁性、溫敏響應(yīng)的多功能藥物控制釋放復(fù)合材料I-SBA-PNIPA。通過性能測試發(fā)現(xiàn)比表面積達(dá)到600m2/g，平均孔徑為8.5nm，藥物裝載量達(dá)到75％。室溫磁回滯曲線測試發(fā)現(xiàn)復(fù)合材料具有超順磁性。
利用本方法制備的具有磁性、溫敏效應(yīng)的有序納米孔聚合物-無機(jī)納米復(fù)合材料的性能表征如下磁性能測試納米復(fù)合材料的磁性能，對它們在生物醫(yī)藥方面的應(yīng)用起著很重要的作用。我們測試了樣品在13K時的穆斯堡爾譜圖，結(jié)果說明，此發(fā)明所報道的藥物釋放體系含有的超順磁性氧化鐵。
由樣品的磁滯洄線圖得知，其飽和磁化率為0.81emu/g，表明在納米復(fù)合材料中已經(jīng)引入了磁性物質(zhì)。用外界磁場作為導(dǎo)向可使這種納米復(fù)合材料制成的釋放體系實(shí)現(xiàn)定點(diǎn)釋放。
布洛芬裝載量比較下表是本發(fā)明所制備的磁性、溫敏效應(yīng)的有序納米孔聚合物-無機(jī)納米復(fù)合材料裝載布洛芬的量(I-SBA-PNIPA-IBU)與分別只有一種功能的復(fù)合材料對布洛芬裝載量的比較具有磁性的納米介孔二氧化硅(I-SBA)；聚異丙基丙烯酰胺/介孔二氧化硅體系(SBA-15-PNIPA)。可以看出具有多功能的納米孔聚合物-無機(jī)納米復(fù)合體系的布洛芬裝載量最大，是其他兩種體系的兩倍。
表1各個樣品的結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)以及藥物布洛芬的裝載量(重量百分比)

注I-SBA-IBU(磁性介孔二氧化硅-布洛芬)，I-SBA-PNIPA-IBU(磁性、溫敏介孔二氧化硅-聚合物-布洛芬)，SBA-15-PNIPA-IBU(溫敏二氧化硅-聚合物-布洛芬)。
溫度刺激響應(yīng)性能測試體外的藥物釋放測試是在PH＝7.4的磷酸緩沖液中進(jìn)行的。圖2顯示的是納米復(fù)合體系的溫度刺激響應(yīng)性對藥物釋放效果測試圖。從圖中可以明顯地觀察到體系在32℃左右有一個釋放量的轉(zhuǎn)變，然而對于沒有引入聚合物的磁性納米二氧化硅體系，沒有顯示任何的隨溫度變化的釋放量轉(zhuǎn)變，相反地當(dāng)溫度升到24℃時，幾乎有90％的藥物分子已經(jīng)從體系中釋放出來了。這就說明了此發(fā)明所制備的納米復(fù)合體系中的聚合物PNIPA，可以在外界溫度的變化下來控制藥物的釋放。
不同溫度下，藥物釋放量與時間的關(guān)系
圖3研究了在45℃和10℃下的釋放曲線?？梢钥吹?，在45℃的曲線顯示，幾乎在1小時內(nèi)所有的藥物都得到了全部的釋放。相反地，10℃時，在長達(dá)6小時內(nèi)只有30wt％的布洛芬得到了釋放。同時，45℃的釋放速率比10℃時快了很多，更進(jìn)一步地說明多功能納米復(fù)合體系中的聚合物對藥物釋放的控制作用。
本實(shí)施例使用疏水型Fe(CO)5的作為先驅(qū)體，通過溶膠-凝膠法原位在介孔二氧化硅孔道中形成納米磁性粒子。結(jié)果發(fā)現(xiàn)親油性的Fe(CO)5作為先驅(qū)體，不僅可以引入較大量的磁性源，而且還可以在溶膠-凝膠自組裝過程中，對形成的P123膠束進(jìn)行擴(kuò)充，最終得到具有較大孔道直徑的含有磁性粒子的SBA-15體系。在其介孔孔道中聚合PNIPA后，體系能夠通過磁性達(dá)到定位、溫度變化來控制釋放藥物分子。
權(quán)利要求
1.一種納米復(fù)合材料的原位制備方法，其特征在于，具體包括如下步驟步驟一，取1份-5份的嵌段共聚物P123溶于2M鹽酸中；緩慢加入1份-5份含鐵的前驅(qū)體Fe(CO)5，并攪拌1h；接著，在攪拌條件下加入4份-8份正硅酸乙酯，并在30℃-50℃下繼續(xù)攪拌20h-25h，移至烘箱中；過濾，將得到的沉淀物放置在室溫下干燥，轉(zhuǎn)至450℃-550℃的馬弗爐中煅燒6h，再將得到的褐色粉末放置在420℃-480℃的真空爐中熱處理4h，最后就得到了具有磁性的納米孔材料；步驟二，將溶解在酒精中的1/10份-2份的異丙基丙烯酰胺，緩慢滴加入上述具有磁性的納米孔材料中，通過“冷凍-脫氣-解凍”循環(huán)法處理三次；接著充氮?dú)庖在s走反應(yīng)體系中的氧氣，然后升溫至75℃-85℃反應(yīng)24h，最后，將得到深褐色粉末，用酒精沖洗，洗去包附在孔道外部的聚合物，過濾干燥，得到最終的有序納米孔聚合物-無機(jī)納米復(fù)合材料。
2.如權(quán)利要求1所述的納米復(fù)合材料的原位制備方法，其特征是，步驟一中，所述的嵌段共聚物P123溶于2M鹽酸，其條件是攪拌2h。
3.如權(quán)利要求2所述的納米復(fù)合材料的原位制備方法，其特征是，所述的攪拌，是在30℃-50℃溫度范圍內(nèi)進(jìn)行。
4.如權(quán)利要求1所述的納米復(fù)合材料的原位制備方法，其特征是，步驟一中，所述的移至烘箱，其條件是靜止24h。
5.如權(quán)利要求4所述的納米復(fù)合材料的原位制備方法，其特征是，所述的條件，具體是在70℃-90℃溫度下靜止24h。
6.如權(quán)利要求1所述的納米復(fù)合材料的原位制備方法，其特征是，步驟二中，所述的“冷凍-脫氣-解凍”循環(huán)法，具體是通過冷凍、脫氣、解凍的循環(huán)達(dá)到將沸點(diǎn)高的液態(tài)物質(zhì)引入孔道中，同時從體系中除掉揮發(fā)性溶劑。
7.如權(quán)利要求1所述的納米復(fù)合材料的原位制備方法，其特征是，所述的有序納米孔聚合物-無機(jī)納米復(fù)合材料，其介孔的孔徑為8nm-15nm。
全文摘要
一種納米復(fù)合材料的原位制備方法，屬于復(fù)合材料技術(shù)領(lǐng)域。本發(fā)明包括步驟步驟一，取嵌段共聚物溶于2M鹽酸中；緩慢加入前驅(qū)體Fe(CO)5，攪拌，加入正硅酸乙酯，移至烘箱中；過濾，將沉淀物干燥，轉(zhuǎn)至馬弗爐中煅燒，再將得到的褐色粉末放置在真空爐中熱處理；步驟二，將溶解在酒精中的聚異丙基丙烯酰胺，通過“冷凍－脫氣－解凍”循環(huán)法處理；然后升溫反應(yīng)，最后，將得到深褐色粉末，用酒精沖洗，過濾干燥等。在介孔材料的自組裝過程中原位生成磁性納米粒子，合成具有較大孔道直徑和較高磁性粒子含量的納米復(fù)合體系，在介孔孔道中設(shè)計(jì)了溫敏聚合物，該體系具有磁性能和溫度刺激響應(yīng)性能，可應(yīng)用于藥物裝載。
文檔編號B01J32/00GK101081302SQ20071004112
公開日2007年12月5日 申請日期2007年5月24日 優(yōu)先權(quán)日2007年5月24日
發(fā)明者朱申敏, 張荻 申請人:上海交通大學(xué)