介孔二氧化硅的应用

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1、组员： 袁 源 陈淑文 郭 壮介孔二氧化硅纳米粒子序言Preface介孔Si02纳米粒子(mesoporous silica nanoparticles，MSN)具有在250 nm范围内可连续调节的均一介孔孔径、规则的孔道、稳定的骨架结构、易于修饰的内外表面和无生理毒性等特点，非常适合用作药物分子的载体同时，MSN具有巨大的比表面积(900 m2/g)和比孔容(0.9cm3/g)。1 介孔二氧化硅的制备2 介孔二氧化硅的表征3 可控药物传输系统4 介孔二氧化硅的应用介孔二氧化硅的制备溶胶-凝胶法水热法微波合成法溶胶凝胶法2016/4/11同济大学 材料科学与工程学院5水热法 表面活性剂做为模板

2、剂，并与酸或者碱等配成溶液，然后缓慢加入无机物原料，搅拌 一段时间之后装入高压釜中，经过水热处理一段时间后得到反应前驱体，后经离心、 洗涤、过滤等，最后采用锻烧或者其他化学方法处理除去有机物得到纳米介孔材料。2016/4/11同济大学 材料科学与工程学院6微波合成法利用微波加热的主要原理：就是令其极性分子溶剂快 速吸收微波，温度快速上升。按照物理学理论，分子可分为极性分子和非极性分子 两大类，其中极性分子的正、负电荷的中心不重合，因而极性分 子具有永久偶极矩，分子在外加电场下，使原来无序的极性分子变成一定顺序的排 列方式，这就产生了偶极极化，因为微波产生的交变电场是具有高速的变向性，这 就使得

3、偶极转向极化速度慢而没有能够迅速跟上交变电场导致滞后于电场，最后使 得纳米材料的里面结构损耗，而且还导致少量的微波转化成了热能加热了纳米材料。2016/4/11同济大学 材料科学与工程学院7微波合成与水热合成的主要区别是：加热方式不同最常用的还是溶胶凝胶法介孔二氧化硅的表征小角度X射线衍射TEM低温氮吸附仪小角度X射线衍射2016/4/11同济大学 材料科学与工程学院92dsin=n孔径大小用于分析特大晶胞物质的结构分析以及测定粒度在几十个纳米以下超细粉末粒子（或固体物质中的超细空穴）的大小、形状及分布。对于高分子材料，可测量高分子粒子或空隙大小和形状、共混的高聚物相结构分析、长周期、支链度、

4、分子链长度的分析及玻璃化转变温度的测量。TEMTEM是观察有序纳米介孔材料的最有效的方式，如使用 TEM 直接介孔孔径的大小，孔径和一维孔道的长程结构，此外，掺杂引 起的孔隙结构的变化，反应在 TEM 就是出现无序结构。2016/4/11同济大学 材料科学与工程学院10低温氮吸附仪 测定介孔二氧化硅的比表面积、 孔径分布及吸脱附等温线。2016/4/11同济大学 材料科学与工程学院11可控药物传输系统MSN的靶向功能生物相容性研究药物控释MSN的细胞内吞药物负载药物传输机制MSN的生物相容性 当MSN浓度低于每105个细胞100g/mL时，细胞的生存能力和繁殖能力基本不受影响。 DNA染色结合

5、流式细胞仪分析细胞吸收MSN后仍旧保留了完整的细胞膜 显微镜观察细胞形态正常 3-(4,5-二甲基噻唑-2)-2,5-二苯基四氮唑溴盐比色法(MTT)测试线粒体活性仍然处于正常水平2016/4/11同济大学 材料科学与工程学院132016/4/11同济大学 材料科学与工程学院14介孔二氧化硅MSN药物传输系统的药物负载 载药过程通常是将载体浸泡在高浓度的药物溶液中，然后分离、干燥。 MSN的孔径大小决定了能够进入孔道内的药物分子的大小。 载体对药物的吸附能力决定了载药能力。2016/4/11同济大学 材料科学与工程学院15对药对药 物的负载负载 能力药药物与介孔表面的互相作用氢键氢键 作用离子

6、键键相互相作用静电电互相作用疏水性互相作用药药物与药药物之间间的弱互相作用连续负载药连续负载药 物可提高最大载药载药 量MSN药物传输系统的靶向功能 配体靶向 利用抗体或特定配体的细胞靶向，它依赖于靶向剂与细胞表面抗体的选择性结合。从而引起受体介导的细胞内吞叶酸是目前研究得比较广泛和深入的配体靶向，这是由于绝大多数的癌细胞表面其叶酸受体均表达过度。 磁靶向 磁性粒子和MSN结合的形式一般分两种：1.一种是以磁性粒子为核。介孔二氧化硅为壳；2.另一种是磁性粒子通过一定的化学作用吸附到MSN表面。 用超顺磁性氧化铁纳米粒子封孔的介孔二氧化硅纳米棒，该体系中氧化铁粒子不仅起到药物靶向的作用，还充当控

7、制药物释放的“门卫”。2016/4/11同济大学 材料科学与工程学院162016/4/11同济大学 材料科学与工程学院17MSN的细胞内吞 研究发现非噬菌类真核细胞可以内吞尺寸达500nm的乳胶粒子，内吞效率随着粒子尺寸的减小而增加。 MSN与磷脂之问有较强的亲和力。 体外细胞试验结果表明MSN可以有效地被各种哺乳动物细胞内吞。1.网格蛋白介导的内吞作用是非官能化MSN和绝大多数官能化MSN进入细胞的主要途径。2.叶酸改性的MSN则是通过叶酸受体介导的内吞作用进入细胞。3.胺和胍基官能化的MSN则可能是通过一种与网格蛋白和细胞质膜微囊无关的内吞机制进入细胞。 不同官能团修饰MSN的外表面，还可

8、以控制MSN的吸收效率和吸收机制。 外表面的官能化对MSN进入细胞的途径有很大影响2016/4/11同济大学 材料科学与工程学院182016/4/11同济大学 材料科学与工程学院19MSN药物传输系统的药物控释2016/4/11同济大学 材料科学与工程学院20药药物释释放不可控释释放进进入介质质立刻释释放药药物药药物的释释放地点和速度不可控制可控释释放有目的性地控制药药物的释释放地点和速度通过过改变变MSN的结结构参数来实现对药实现对药 物的控制释释放MSN药物传输系统的药物控释2016/4/11同济大学 材料科学与工程学院21药药物释释放影响因素MSN结结构参数孔径药药物释释放速率孔的连连通

9、性孔的几何形态态如：平行六方孔道释释放速度快，抗菌活性表面性质质MSN比表面积积表面的官能团团外界刺激“门卫门卫 ”（各种化学实实体）外界环环境（光、pH、还还原剂剂）介孔二氧化硅的应用介孔二氧化硅纳米材料在生物医学上的应用介孔二氧化硅纳米材料在催化方面的应用中空介孔二氧化硅壳纳米材料的应用介孔二氧化硅纳米材料在生物医学上的应用 基于MSNs独特的结构性质和较高的生物相容性，介孔二氧化硅纳米材料在生物医学领域具有良好的应用潜力。同时，纳米粒子在水溶液中稳定的分散性，也是其能够被细胞吸收的前提，为药物发挥作用提供了可能。 介孔二氧化硅纳米材料可用于药物可控释放体系、基因载体、生物传感系统、细胞内

10、标记以及和其它生物分子如蛋白质的可控缓释载体。其中应用最广泛的就是MSNs作为药物和基因载体。2016/4/11同济大学 材料科学与工程学院23药物可控释放体系 Victor Lin首先合成了2-丙基二硫胺乙胺修饰的MSNs,采用巯基乙酸修饰的CdS纳米粒子连接于孔道口，作为孔道的“开关”。 CdS上的巯基基团与孔表面的2-丙基二硫胺乙胺共价化合形成氨基骨架，将药物分子和神经传递素封存于孔道内。当加入还原试剂二硫化物时，连接CdS和孔道之间的键断开，CdS纳米球脱离，“开关”打开，药物释放。2016/4/11同济大学 材料科学与工程学院24基因载体 Victor Lin等报道了以MSNs为载体

11、，进行的基因转染研究工作。 首先合成了含有(3-异氰基丙基)三乙氧基硅烷，并在MSNs的孔道内组装了荧光剂。将第二代聚酞胺-胺型树枝状高分子G2-PAMAM引入材料中。作为孔道“门” ，G2-PAMAM上大量的氨基与(3-异氰基丙基)三乙氧基硅烷上的异氰基作用将荧光剂固定在孔道内，同时充分结合质粒DNA，pEGFP-C1。 MSNs携带pDNA透过细胞膜进入细胞中，将DNA释放并在细胞中表达出绿色荧光蛋白。2016/4/11同济大学 材料科学与工程学院25介孔二氧化硅纳米材料的催化性质 介孔二氧化硅纳米粒子由于具有独特的孔道结构、良好的热稳定性、光学透明性和化学惰性，是一种新型的催化剂的载体。

12、 最初的研究结果表明二氧化硅的支撑可以增强催化剂的稳定性、反应活性和选择性。 二氧化硅纳米粒子首先被置入金属盐的溶液中。这些金属盐作为前驱体通过物理相互作用吸附在二氧化硅表面，之后通过还原反应合成金属纳米粒子。2016/4/11同济大学 材料科学与工程学院26中空介孔二氧化硅壳纳米材料的应用 中空介孔二氧化硅壳纳米材料是指内部中空，而外壳为介孔二氧化硅的一种纳米材料。 除了具有一般中空材料密度小、比表面积大等特点之外，二氧化硅壳层上的介孔还为其它物质进出粒子内部空腔提供了通道。加之纳米材料的特性，使得其在吸附、生物传感、酶稳定剂、选择性分离、药物载体及缓释方面显示出了独特的发展潜力。 相比于介

13、孔二氧化硅材料，中空介孔SiO2壳纳米材料具有更低的表观密度、更大的物质存储空间和可持续释放的性质，在生物医学上得到了广泛的关注。其中最重要的就是药物的装载与运输。2016/4/11同济大学 材料科学与工程学院27中空介孔二氧化硅壳纳米材料的应用 苏忠民课题组报导了一种新型的中空介孔二氧化硅纳米材料，这种材料同时具有光动力疗法和化学疗法两种功效。 以立方PbS为核，包裹一层连有荧光剂FITC的介孔二氧化硅，用于荧光成像。继续包裹一层连有光敏剂血卟琳(HP)的介孔SiO2。由于HP在紫外照射下产生毒性物质如纯态氧和其他活性氧组分，可用于光动力学疗法。 进一步用HNO3进行萃取和蚀刻，得到含有HP的中空介孔二氧化硅壳的纳米材料，装载药物阿霉素用于化学疗法。2016/4/11282016/4/11同济大学 材料科学与工程学院29谢谢！