徐彦芹，秦钊，王烨，曹渊，陈昌国，王丹

（1重庆大学化学化工学院，重庆401331；2重庆大学煤矿灾害动力学与控制国家重点实验室，重庆401331）

引 言

介孔材料（mobil composition of matters, MCM−41）具有可调可控的孔道、高比表面积等特点，使其在吸附[1]、催化[2]、传感技术[3]及药物输送[4]等领域应用广泛。其中，利用介孔材料作为实现药物缓控释功能的载体，是近年来药物递送系统载体材料研究热点之一[5]。MCM−41 作为载体应用在缓释给药系统时，具有可调节的孔径和粒径、比表面积大、易于功能化、高度的生物相容性[6−9]等优点，可控制药物分子的吸附和释放达到更好的缓释给药效果[10]。自2001年Vallet−Regi等[11]首次将MCM−41作为释药载体之后，越来越多的智能响应（如：pH 响应[12]、温度响应[13]、光响应[14]、磁性[15]）的药物载体被研发出来，具有良好的生物相容性、较高的载药量、零提前释放、可控的释药行为等多个优点[16]。

pH 响应性MCM−41 是目前研究热门的智能响应药物载体，能弥补化疗缺乏专一性的缺陷，给癌症的靶向治疗提供了新的转机[17−20]。如Gui 等[21]将溶菌酶分子修饰在MCM−41 纳米球上，研究了RhB的pH 响应性释放行为；Zhao 等[22]将β−环糊精修饰在MCM−41上，研究了pH和光双控的药物响应性释放行为。pH 响应性MCM−41 通常是在MCM−41 介孔孔道或者材料表面上，引入巯基、氨基、羧基等官能团[23−25]，使其具有pH 响应性。其中，据文献报道，氨基化MCM−41 主要通过嫁接法合成并研究其吸附性能，如Yue 等[26]将介孔材料浸渍在TEPA 中，制备氨基功能化材料，用于对CO2的吸附；Goscianska等[27−29]通过嫁接法将氨基官能团负载在材料表面，通过回流制备氨基功能化介孔材料，对CO 和CO2有很好的吸附效果。而在孔道内接枝有机官能团的药物载体及其释药性能的研究鲜见报道。MCM−41的有机修饰趋于复杂，药物释放效果有待提高。

本文将通过共缩聚法合成介孔MCM−41 纳米微球，氨基化后再通过接枝法在NH2−MCM−41 孔道内引入有机修饰后的苯胺基团，得到改性的R−Ph−NH−MCM−41（其 中—R：—OH、—CH3、—COOH、

—CHO）药物载体。罗丹明（RhB）是一种荧光染料，常用作载药性能研究的模型药物[30]，因此本文将采用RhB作为模型载药，其释药示意图如图1所示。通过配制三种不同pH 的模拟体液，模拟人体胃部（pH 为0.9～1.5）、小肠（pH 为4.8～8.2）、口腔（pH 为6.6～7.1）[31]三种环境，研究不同—R 基团药物载体中氨基在不同pH 环境下的质子化作用[12,32−33]，来达到控制药物释放的目的。

1 实验部分

1.1 试剂

N,N−二甲基甲酰胺(DMF)、盐酸、氨水、甲醇、碳酸钾，成都科龙化工试剂厂；十六烷基三甲基溴化铵（CTAB），国药集团化学试剂有限公司；正硅酸乙酯（TEOS），天津光复精细化工研究所；3−氨丙基三乙氧基硅烷（APTES），阿拉丁试剂（上海）有限公司；罗丹明B（RhB），湖南湘中地质研究所；以上均为分析纯。对氯苯甲酸（99%）、对氯苯酚（98%）、对氯甲苯（97%）、对氯甲醛（98%），均来自阿拉丁试剂（上海）有限公司。

1.2 MCM-41的制备

将1.0 g CTAB 溶于100 ml 去离子水和70 ml 氨水的混合溶液中，加热搅拌，待温度到达60℃后，缓慢滴加5 ml TEOS，继续搅拌7 h。室温下放置7 h晶化，过滤，用去离子水及无水乙醇洗涤。60℃下真空干燥24 h 后，取1.0 g 产物加入到100 ml 质量比为2.5%的盐酸乙醇溶液回流24 h，以去除模板剂，洗涤至中性，真空干燥，制得纯介孔二氧化硅，记为：MCM−41[34]。

1.3 NH2-MCM-41的制备

将1.0 g CTAB 溶于100 ml 去离子水和70 ml 氨水的混合溶液中，加热搅拌，待温度到达60℃后，缓慢滴加5 ml TEOS，1 h 后，缓慢滴加1.0 ml APTES，继续搅拌6 h。室温下放置7 h晶化，过滤，用去离子水及无水乙醇洗涤，60℃下真空干燥24 h。取1.0 g产物加入到100 ml 质量比为2.5%的盐酸乙醇溶液回流24 h，以去除模板剂，洗涤至中性，真空干燥，制得氨基改性介孔二氧化硅，记为：NH2−MCM−41[35]。

1.4 pH响应型MCM-41的制备

1.4.1 Me−Ph−NH−MCM−41 的制备合成 取2 g NH2−MCM−41 溶于50 ml 甲醇溶液中，加入1 ml 对氯甲苯，在60℃下水浴反应8 h，过滤，用甲醇溶液洗涤，60℃下真空干燥12 h，得到样品，记为：Me−Ph−NH−MCM−41。

1.4.2 OHC−Ph−NH−MCM−41 的制备合成 取1.0 g 对氯苯甲醛溶于50 ml 甲醇溶液中，搅拌1 h 后，加入2 g NH2−MCM−41，在60℃下水浴反应8 h，过滤，用甲醇溶液洗涤后加入到稀盐酸溶液中搅拌0.5 h，过滤，洗涤，60℃下真空干燥12 h，得到样品，记为：OHC−Ph−NH−MCM−41。

1.4.3 HO−Ph−NH−MCM−41 的制备合成 取3 g 碳酸钾和1.5 g 对氯苯酚加入到50 ml 无水DMF 中，搅拌1 h 后，加入2 g NH2−MCM−41，在60℃下水浴反应8 h，过滤，用乙醇溶液洗涤，后用稀盐酸溶液和水溶液反复洗涤，真空60℃干燥12 h，得到样品，记为：HO−Ph−NH−MCM−41。

1.4.4 HOOC−Ph−NH−MCM−41的制备合成 取3 g碳酸钾和1.5 g 对氯苯甲酸加入到50 ml 无水DMF中，搅拌1 h 后，加入2 g NH2−MCM−41，在50℃下水浴反应8 h，过滤，用乙醇溶液洗涤，后用稀盐酸溶液和水溶液反复洗涤，60℃下真空干燥12 h，得到样品，记为：HOOC−Ph−NH−MCM−41。

1.5 载药介孔二氧化硅的制备

取50 mg上述的产物分别放入到含有1 mg罗丹明B（RhB）的4 ml 甲苯与乙醇的混合溶液（甲苯∶乙醇= 4∶1）中，超声分散4 h，过滤洗涤后，将产物在60℃下真空干燥至恒重，得到负载RhB 的载药介孔二氧化硅，分别记为：RhB@Me−Ph−NH−MCM−41、RhB@OHC−Ph−NH−MCM−41、 RhB@HO−Ph−NH−MCM−41、RhB@HOOC−Ph−NH−MCM−41。

1.6 材料的表征

采用X 射线衍射仪（XRD，日本岛津，XRD−6000）、红外光谱仪（FT−IR，Nicolet 公司，MagnaIR55 0II）、比表面积测定仪（BET，Micromeritics 公司，ASAP2020M）、马尔文激光粒度分析仪（Malvern 公司，Zetasizer Nano）、扫描电子显微镜（SEM，FEI 公司，JSM−6490LV）对材料进行表征。XRD 扫描范围为2°～5°，扫描速度为0.5(°)/min，表征MCM−41 的晶体结构及晶型。BET 表征将样品置于180℃下脱气12 h，并在77 K下进行氮气吸附脱附，测算其比表面积、孔径分布和孔容。FT−IR 采用KBr 压片法，扫描波长范围为：450～4000 cm−1。马尔文激光粒度仪测量材料的Zeta电位值以及SEM观察材料表面形貌。

1.7 吸附性能测试

使用紫外可见荧光光谱仪（日本岛津，RF5301−PC）通过荧光光度分析法来测定药物载体对RhB 的吸附量。首先建立RhB 紫外吸收标准曲线，以无水乙醇为溶剂配制质量浓度为250 μg/ml的RhB−无水乙醇溶液。扫描范围为：551～572 nm，吸收标准曲线为：ρ=0.00187Int+0.00441（其中ρ为RhB溶液质量浓度（mg/L），Int 为溶液的荧光强度）。通过测定溶液中RhB 的浓度，根据式（1）和式（2）分别计算介孔二氧化硅的吸附量AC（adsorption capacity）和载药量LC（loading capacity）。

式中，m0为RhB 的质量，mg；ρ1为载体吸附后RhB 溶液的质量浓度，mg/L；V1为吸附后RhB 溶液的体积，L；m为MCM−41的质量，g。

1.8 释药性能测试

通过荧光光度分析法测定介孔二氧化硅对RhB的累积释药率Ri。称取一定质量M（40 mg）的RhB@SiO2样品，加入到50 ml 不同pH 的缓冲溶液中，37℃下恒温振荡，间隔一定的时间（t）取3 ml，同时加入缓冲溶液3 ml。绘制吸收标准曲线。建立RhB 在盐酸（pH = 1.2）、磷酸二氢钾−柠檬酸（pH =4.0）和硼砂−硼酸（pH=7.4）三种缓冲溶液体系的工作 曲 线 分 别 为 ：ρ=0.00555Int−0.02869、ρ=0.00283Int−0.00432、ρ=0.00198Int−03774。绘制t−Ri曲线，得到介孔二氧化硅的释药动力学曲线，计算公式如式(3)：

式中，ρi为第i次移出液中测定的质量浓度，mg/L；M为样品质量。

为了进一步探究样品在不同pH 下的释药行为 ，通 过 Zero−order、First−order、Hihuchi 和Korsmeyer−Peppas 等动力学模型方程对不同pH 下的累积释药量和时间进行拟合[36]，各动力学模型方程如下。为t 时间内的累积释药量；Q0为初始浓度；K0为所对应的动力学释药模型的动力学常数；n为释放指数。

在上述模型中，Korsmeyer−Peppa 释药模型是目前应用最多的模型，结合了扩散作用和溶蚀作用，认为这两种的协同作用是控制药物释放的关键。释放指数n 值是作为Korsmeyer−Peppa 释药模型中控制药物释放作用的判断依据，当n＜0.45 时，药物

2 实验结果与讨论

2.1 X射线衍射谱图（XRD）分析

图2 分别是NH2−MCM−41、Me−Ph−NH−MCM−41、OHC−Ph−NH−MCM−41、HO−Ph−NH−MCM−41、HOOC−Ph−NH−MCM−41 的X 射 线 衍 射 谱 图，从NH2−MCM−41 的 谱 图 中，可 以 看 到 典 型 的 晶 面（100）的特征衍射峰，还有晶面（200）的特征衍射峰，可以判断出NH2−MCM−41 属于长程有序的六方相孔结构。对于其他的四条谱线，可以看到明显的属于MCM−41 的晶面（100）特征峰，为六方相孔结构。

图2 NH2−MCM−41和四种药物载体的XRD谱图Fig.2 XRD patterns of NH2−MCM−41 and four drug carriers

2.2 氮气吸附-脱附分析

图3 分别是NH2−MCM−41、Me−Ph−NH−MCM−41、OHC−Ph−NH−MCM−41、HO−Ph−NH−MCM−41、HOOC−Ph−NH−MCM−41 的氮气吸附−脱附等温线及孔径分布图。在低压区样品的吸附脱附等温线呈现快速上升状态，在中压区上升趋势有所缓解，在高压区又出现快速上升趋势。五种吸附−脱附等温线都属于Langmuir Ⅳ型吸附等温线。图中出现了回滞环，吸附−脱附等温线属于H4 型，根据回滞环的类型分析，得知孔属于狭窄孔道结构[37]。孔结构参数见表1。

2.3 傅里叶红外光谱（FT-IR）分析

图3 NH2−MCM−41和四种药物载体的氮气吸附−脱附等温线和孔径分布图Fig.3 N2 adsorption/desorption isotherm and pore size distribution of NH2−MCM−41 and four drug carriers

表1 NH2-MCM-41和四种药物载体的孔结构参数Table 1 The pore structural parameter of NH2-MCM-41 and four drug carriers

图4为NH2−MCM−41及四种药物载体的红外光谱图。从图中可知5 个谱线在波长为1080 cm−1为Si—O—Si 硅氧键的反对称伸缩振动峰，在800 cm−1为Si—O—Si 硅氧键的对称伸缩振动峰，在950 cm−1为Si—O 硅羟基的弯曲振动峰，以上均为二氧化硅的特征峰。而在2917 cm−1和2850 cm−1为亚甲基的伸缩振动峰，1384 cm−1为C—H 弯曲振动峰，1508 cm−1处为—NH—的振动峰，在800 cm−1处同时也为苯环对位取代的特征峰，基本可以确定结构—NH−Ph−R 的存在，在1645 cm−1处为样品中水的弯曲振动峰及C O 伸缩振动峰，在谱线d 和e 中1205 cm−1处有一峰为C—O 伸缩振动峰，从以上分析说明目标载体已经成功接枝上了响应官能团。

图4 NH2−MCM−41和四种药物载体的FT−IR谱图Fig.4 FT−IR spectra of NH2−MCM−41 and four drug carriers

2.4 SEM分析

图5 为四种药物载体的SEM 图。从SEM 图中可以看出四种药物载体形貌为六方棱柱，其中主要以短棱柱为主。四种不同的药物载体是以NH2−MCM−41 为反应底物制备的，本身形貌并没有太大的差异，均为六方短棱柱形貌。

2.5 电位分析

表2中列出了NH2−MCM−41和四种药物载体的Zeta 电位值。由表可以看出NH2−MCM−41 以及四种药物载体的Zeta 电位值分别为+29.2、+8.1、+4.2、−15.7 和−31.4 mV。由于NH2−MCM−41 结构中存在着氨基，氨基在水中呈现出正电荷，所以NH2−MCM−41 的Zeta 电位值为+29.2 mV。Me−Ph−NH−MCM−41、OHC−Ph−NH−MCM−41 中 的 —CH3、—CHO 两种基团在水中都呈现中性，但其Zeta 电位值分别为+8.1、+4.2 mV，这是因为反应前体是NH2−MCM−41，反应不能完全进行，导致了氨基的残留，所以在水中呈现正电荷。而对于HO−Ph−NH−MCM−41、HOOC−Ph−NH−MCM−41，其Zeta 电位值分别为−15.7、−31.4 mV，这是由于—OH、—COOH两种基团在水中都呈现电负性，且羧基的酸性比羟基的酸性强。综上所述，可以得知基于不同苯胺基团响应体系已经反应接枝完成。

图5 四种药物载体电镜图Fig.5 SEM images of four drug carriers

表2 NH2-MCM-41和四种药物载体的Zeta电位值Table 2 Zeta potential of NH2-MCM-41 and four drug carriers

表3 NH2-MCM-41和四种载药载体的吸附量及载药量Table 3 The adsorption capacity and drug loading capacity of four drug carriers and NH2-MCM-41

2.6 吸附及载药分析

表3为NH2−MCM−41和四种不同载药载体的吸附量和载药量[计算方式详见1.7 节中式（1）、式（2）]，RhB@NH2−MCM−41、RhB@Me−Ph−NH−MCM−41、RhB@OHC−Ph−NH−MCM−41、RhB@HO−Ph−NH−MCM−41、RhB@HOOC−Ph−NH−MCM−41 的 载药量分别为16.60、12.94、13.27、12.94、12.65 mg/g。相比于NH2−MCM−41，四种载药载体的载药量减少，这是因为在合成过程中，内部孔道壁上结构发生改变，孔道变小，孔容积变小，这使得载药量有所降低。

2.7 释药分析

2.7.1 四种载药载体的释药分析 四种药物载体的累积释药百分比如表4所示，可以看出在pH=7.4的中性环境下累积释药量极低，而在pH = 4.0 以及pH=1.2 的酸性环境中累积释药量较高。说明载药载体在中性非响应环境下，几乎没有释药行为；而在酸性响应环境下，释药性能较好，且酸性越强，累计释药量越高。

2.7.2 四种载药载体的释药动力学分析 从表5拟合结果中的相关系数R2来看，四种药物载体的药物释放均符合Korsmeyer−Peppa 动力学释药模型，且释放指数n 值在不同pH 环境下都小于0.45，可以判断出四种药物载体药物释放主要是Fick 扩散作用控制。

表4 四种载药载体累积释药百分比Table 4 Cumulative drug release percent of four drug carriers

表5 四种药物载体药物释放曲线拟合结果Table 5 Results of drug release curve fitting of four drug carriers

2.7.3 释药性能对比分析 图6 是四种载药载体RhB@Me−Ph−NH−MCM−41、 RhB@OHC−Ph−NH−MCM−41、RhB@HO−Ph−NH−MCM−41、RhB@HOOC−Ph−NH−MCM−41 在pH = 1.2、4.0 和7.4 时的释药曲线。由于四种不同载药载体的药物释放主要作用是无规则的Fick 扩散机制，那么对于四种不同的载体，影响其释药的主要原因是—R 基团的作用。在pH=7.4 时，四种不同载体的释药量相差不大，均接近零释放；而pH=4.0下的各载体释药量较pH=1.2下低，且不同—R 基团的药物载体释药量在同一pH环境下相差较大。可以得出：R−Ph−NH−MCM−41中的—R 基团在中性的非响应环境中，不同—R 基团对载体释药量影响不大；而—R 基团在酸性的响应环境中，由于存在氨基质子化作用，不同—R基团对载体释药量影响较大，如在pH=1.2 时，RhB@Me−Ph−NH−MCM−41 释 药 百 分 比 为 34.63%，而RhB@HOOC−Ph−NH−MCM−41 释 药 百 分 比 为57.87%，后者为前者的1.67倍。因此，—R基团只在酸性环境中发生作用，且酸性越强，影响越大，达到了缓控释的效果。

3 结 论

以3−氨丙基三乙氧基硅烷（APTES）修饰介孔二氧化硅，通过共缩聚合法合成NH2−MCM−41，再与对氯甲苯等有机物反应得到R−Ph−NH−MCM−41药物载体。通过表征、载药和释药性能测试，表明材料具有良好的药物控释pH 敏感性。将Me−Ph−NH−MCM−41、OHC−Ph−NH−MCM−41、HO−Ph−NH−MCM−41、HOOC−Ph−NH−MCM−41 四种载体装载RhB，载药性能良好。通过体外释药模拟发现，四种载体都具有pH 响应性，其中在pH=1.2的响应条件下，由于存在氨基质子化作用，四种载体累积释药量较高，分别为34.63%、52.03%、43.94%、57.87%；而在pH = 7.4 的非响应条件下累积释药量极低，分别为3.21%、3.12%、3.06%、3.09%，几乎达到零释放。因此可通过调节pH 来达到药物控释的目的，其中HOOC−Ph−NH−MCM−41 药物载体在用于药物智能控释材料方面具有一定的应用潜力。