单分散/放射状生物活性玻璃的制备、表征及性能研究

来源 :广东药科大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:WANGZHHUO
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生物活性玻璃(bioactive glass,BG)是一种形貌与粒径可控且具有良好的骨诱导性、生物相容性和生物活性的医用类硅酸盐纳米材料,在骨组织和软组织修复领域具有重要的研究意义和应用价值。随着制备工艺的不断优化,微乳液法逐渐成为制备纳米颗粒最常用的方法之一。与传统的熔融法和溶胶-凝胶法相比,微乳液法制备的纳米颗粒具有形貌可控、单分散性好、孔径可调和高比表面积等结构优势。因此,本文采用两种微乳液法制备具有不同形貌的单分散生物活性玻璃(SiO2-Ca O,bioactive glass nanoparticles,BGNs)和放射状介孔结构的生物活性玻璃(SiO2-Ca O-P2O5,radial mesoporous bioactive glass,RMBG),并对BGNs和RMBG的结构特性、体外矿化性能和生物相容性展开研究。针对RMBG独特的放射状介孔结构,我们进一步探究其载药释药性能和体外抗肿瘤活性,主要研究内容如下:(1)本文以水/二氯甲烷/无水乙醇形成的均匀微乳液滴作为模板,采用超声辅助无表面活性剂微乳液(Surfactant-free microemulsions,SFMEs)法制备BGNs,并对产物制备的最佳工艺进行探索。实验结果表明,当钙源添加时间、硅源的摩尔百分比和氨水添加量分别为150 min、80 mol%和2.5 m L时,可制备出分散性良好、形貌规则、粒径范围在224±10 nm和粒径均一(粒度分散指数(PDI)仅为0.006)的球状生物活性玻璃。与传统Stober法相比,超声辅助无表面活性剂微乳液法的实验重复性好、试剂可循环使用、不需要消耗大量的碱式催化剂,并且制备的纳米材料纯度更高,其有望成为一种新型纳米药物载体材料的制备技术。(2)采用微乳液辅助溶胶-凝胶法合成RMBG,并考察溶液体积比、反应温度与磁力搅拌速度对RMBG的形貌、粒径与孔径的影响。结果显示,在适宜的制备工艺条件下,微乳液辅助溶胶-凝胶法制备的RMBG具有独特的放射状介孔通道,孔径为6.64 nm,比表面积为629.23 m2/g,粒度范围在231.5±8 nm,粒径均一(PDI为0.014)且分散性良好。与传统的微乳液法相比,本文采用微乳液辅助溶胶-凝胶法合成的纳米材料具有放射状介孔结构、高比表面积和粒径更加均一等优势。(3)通过体外矿化实验研究两种材料的生物活性,分别将BGNs和RMBG浸泡于模拟体液(Simulated body fluid,SBF)中,离心洗涤收集矿化后的产物,对产物的结构、晶型与表面形貌进行分析。实验结果表明:BGNs和RMBG在SBF浸泡3 d以上,可在材料表面生成羟基磷灰石,随着浸泡时间的延长,羟基磷灰石的生成量逐渐增多,此现象证明BGNs和RMBG都具有体外矿化活性。本文通过检测BGNs和RMBG的体外红细胞溶血率和人胚胎肾细胞(HEK 293T)的存活率,研究BGNs和RMBG的生物相容性。溶血实验结果表明:BGNs和RMBG在0.05~1 mg/m L实验浓度范围内,溶血率均在5%以下,表明BGNs和RMBG在浓度范围内引起轻微溶血。MTT实验表明,BGNs和RMBG在12.5~200μg/m L的浓度范围内,HEK 293T细胞的存活率均大于90%,表明BGNs和RMBG已达到医用材料生物相容性的相关标准,生物相容性好。(4)以抗癌药物盐酸阿霉素(DOX·HCl)为模型药物,考察RMBG的载药量和包封率,以及在不同p H值模拟环境下的释药性能。实验结果表明RMBG的载药量随着药载比的增大而增加。当药载比为1:1时,RMBG微球载药率增至45.88±0.3402%,包封率为84.77±1.1504%。释药实验结果表明随着p H值的减小,DOX·HCl的释放速率逐渐增加,证明RMBG-DOX·HCl载药微球的释药具有p H响应性,且在偏酸性的肿瘤微环境下可以实现DOX·HCl的缓控释放,释放时长达96 h。(5)本文采用MTT法检测RMBG-DOX·HCl载药微球对人肝癌细胞(Huh 7细胞)与宫颈癌细胞(He La细胞)的抑制作用。抗肿瘤活性实验结果表明:Huh 7细胞和He La细胞存活率随着药物载体浓度的增加而降低。当RMBG-DOX·HCl载药微球中药物浓度为50μg/m L,Huh 7细胞的存活率为32.69%,He La细胞的存活率为9.44%,结果证明RMBG载药微球对He La细胞具有更强的抑制作用。细胞凋亡实验结果表明,RMBG-DOX·HCl的浓度为3.125μg/m L时能够引起He La细胞的凋亡率达14.69%,随着RMBG-DOX·HCl载药微球中药物浓度的增加细胞凋亡数量增加,证明RMBG能够运输DOX·HCl进入靶细胞,并成功引起HeLa细胞凋亡。RMBG有望成为药物缓释及靶向治疗的新型纳米药物载体材料,将在药物运输和骨修复领域具有潜在的应用前景。
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