一种多巴胺/磷酸钙杂化微米花的制备方法及应用
阅读说明：本技术 一种多巴胺/磷酸钙杂化微米花的制备方法及应用 (Preparation method and application of dopamine/calcium phosphate hybrid micro-flowers ) 是由 李峻柏 孙楠 贾怡 于 2021-07-29 设计创作，主要内容包括：本发明提供一种多巴胺/磷酸钙杂化微米花的制备方法及应用。所述多巴胺/磷酸钙杂化微米花材料,直径在3～10微米之间,由规律的厚约20纳米、宽约300-800纳米的多孔纳米片构成,具有完整的三维立体结构,具有极高的比表面积和高孔隙率。可用作载药材料或药物载体制备给药体系。所述给药体系有高的载药率,可在不同pH条件下对药物进行可控释放。(The invention provides a preparation method and application of dopamine/calcium phosphate hybrid micro-flowers. The diameter of the dopamine/calcium phosphate hybrid micron flower material is 3-10 microns, the dopamine/calcium phosphate hybrid micron flower material is composed of regular porous nano sheets with the thickness of about 20 nanometers and the width of about 300-800 nanometers, and the dopamine/calcium phosphate hybrid micron flower material has a complete three-dimensional structure, extremely high specific surface area and high porosity. Can be used as drug-carrying material or drug carrier for preparing drug delivery system. The drug delivery system has high drug loading rate and can controllably release drugs under different pH conditions.)
技术领域
本发明涉及一种多巴胺/磷酸钙杂化微米花的制备方法及应用，属于有机/无机杂化材料技术领域。
背景技术
有机-无机杂化材料结合了有机组分和无机组分优良性能的同时，还会呈现出一些新的性能，因而备受关注并得到广泛研究。磷酸钙作为生物硬组织(骨、牙、肌腱等)的主要无机成分，是研究最广泛的有机-无机复合生物材料之一。磷酸钙固有的生物相容性、生物活性、机械和热稳定性以及易于表面修饰的特点使其作为优良材料广泛应用于生物医学领域，如药物输送、癌症治疗、组织工程等。为了进一步满足生物医学应用的需求以及扩展磷酸钙的应用，已经发展出了各种不同尺寸、形态和功能的有机组分掺杂的磷酸钙材料。其中，花状结构由于具有特殊的等级结构、高比表面积、高孔隙率等优势，在催化和载药等领域具有广泛的应用。对于载药应用来说，不同部位的治疗需要制备不同给药形式的药物载体材料。虽然所报道载药材料应有尽有，但一些材料仍然存在机械和热稳定性差、载药率低、生物相容性差、药物释放量低等缺点，且中性条件释放的磷酸钙基载药材料目前鲜有报道。
发明内容
针对现有技术的不足，为了解决现有载药材料机械和热稳定性差、载药率低、生物相容性差、药物释放量低等缺点，本发明提供一种多巴胺/磷酸钙杂化微米花材料及其制备方法与应用。
本发明所提供的多巴胺/磷酸钙杂化微米花材料，通过如下方法制备得到：将多巴胺乙酸水溶液与磷源水溶液混合得到复合物混合液，滴加氯化钙水溶液，反应，反应结束后后处理，得到多巴胺/磷酸钙异向生长分级组装的多孔微米花，即多巴胺/磷酸钙杂化微米花材料。
所述方法具体包括以下步骤：
(1)配制多巴胺乙酸水溶液；
(2)配制磷源水溶液，搅拌下将所得磷源水溶液逐滴滴加到步骤(1)制得的体系中，得到多巴胺/磷源复合物混合液；
(3)将步骤(2)制备的多巴胺/磷源复合物混合液转移至水浴锅中，将配好的氯化钙水溶液逐滴加入到所述复合物混合液中，加热搅拌，反应结束后，离心，收集沉淀物，洗涤，干燥，得到多巴胺/磷酸钙杂化微米花材料。
上述方法步骤(1)中，所述多巴胺乙酸水溶液的浓度可为1～10mg/mL，具体可为1～5mg/mL，更具体可为2mg/mL、5mg/mL、4mg/mL；
先用去离子水配制乙酸水溶液，称取多巴胺盐酸盐溶解于乙酸水溶液中，得到多巴胺乙酸水溶液；
所述乙酸水溶液的浓度可为0.5～5wt％，具体可为0.5～2wt％，更具体可为1wt％、1.5wt％、0.75wt％；
上述方法步骤(2)中，所述磷源水溶液中磷源的浓度可为25～125mg/mL，具体可为25～100mg/mL，更具体可为100mg/mL、50mg/mL；
所述磷源可为三聚磷酸钠、磷酸盐缓冲盐、三磷酸腺苷、磷酸氢二钠、磷酸二氢钠中的一种或两种及两种以上的混合物，具体可为三聚磷酸钠、磷酸盐缓冲盐；
所述搅拌的温度可为15～25℃，转速可为300～1000rpm，时间可为5～25min，多巴胺与磷源的质量比可为1～4：10～30，具体可为1～2.5：20～25，更具体可为1:20、2：23、1：10；
上述方法步骤(3)中，水浴锅的温度可为30～40℃；
氯化钙水溶液的浓度可为75～150mM，具体可为100～150mM，更具体可为110mM、100mM、150mM；
多巴胺与氯化钙的质量比可为1～4：5～18，具体可为：1～2.5：6～15，更具体可为1：9.25、1：7.5、1：8；
所述搅拌的温度可为30～40℃，具体可为40℃，转速可为500～1200rpm，具体可为1000rpm、800rpm，时间可为10～120min，具体可为60min、30min；
所述离心的转速可为3000～5000rpm。
由上述方法制得的多巴胺/磷酸钙杂化微米花材料也属于本发明的保护范围。
所述多巴胺/磷酸钙杂化微米花材料，直径在3～10微米之间，由规律的厚约20纳米、宽约300-800纳米的多孔纳米片构成，具有完整的三维立体结构，具有极高的比表面积和高孔隙率。
上述多巴胺/磷酸钙杂化微米花材料作为载药材料或药物载体在制备给药体系中的应用也属于本发明的保护范围。
所述应用中，以多巴胺/磷酸钙杂化微米花材料作为载药材料或药物载体的给药体系，有高的载药率，可在不同pH条件下对药物进行可控释放。
具体地，可在pH＝7.4的生理条件下实现药物的释放。
本发明还提供一种阿霉素-多巴胺/磷酸钙杂化微米花材料给药体系，由阿霉素与多巴胺/磷酸钙杂化微米花材料组成。
本发明的优点：
1、本发明首次利用多巴胺为有机组分，利用多巴胺调控了材料的形貌，合成了多巴胺/磷酸钙有机无机杂化材料，得到磷酸钙异向生长分级组装的多孔微米花材料，该微米花直径在3～10微米之间，由规律的厚约20纳米、宽约300-800纳米的多孔纳米片构成，具有完整的三维立体结构，具有极高的比表面积和高孔隙率，作为吸附剂如药物载体，能够明显提升载药率。
2、制备原料以多巴胺，氯化钙，三聚磷酸钠或磷酸缓冲盐等常见材料为主，所得材料杂质少，纯度高。杂化材料有机组分为生物内源性物质，磷酸钙亦为生命体不可或缺的无机质，该材料结合了多巴胺与磷酸钙的优势，具有较好的机械稳定性、生物相容性、生物活性及生物安全性。
3、制备过程以水作为溶剂，不引入任何有机溶剂，制备过程简单、操作方便，反应条件温和、绿色环保，成本低廉、产率高、无对环境产生污染的环节及副产物，放大实验不影响材料形貌，可大规模生产，具有极好的商业应用前景。
4、本发明所述的多巴胺/磷酸钙杂化微米花对药物具有极好的负载能力，并且能够在不同pH条件下对药物进行可控释放。
附图说明
图1为本发明实施例1制备的多巴胺/磷酸钙杂化微米花的扫描电子显微镜图。
图2为本发明实施例1制备的多巴胺/磷酸钙杂化微米花的透射电子显微镜图。
图3为本发明制备的多巴胺/磷酸钙杂化微米花的负载DOX后激光共聚焦图。
图4为本发明制备的多巴胺/磷酸钙杂化微米花负载DOX的缓释曲线图。
具体实施方式
下述实施例中所使用的实验方法如无特殊说明，均为常规方法。
下述实施例中所用的材料、试剂等，如无特殊说明，均可从商业途径得到。
本发明提供的多巴胺/磷酸钙杂化微米花材料，通过如下方法制备得到：将多巴胺乙酸水溶液与磷源水溶液混合得到复合物混合液，滴加氯化钙水溶液，反应，反应结束后后处理，得到多巴胺/磷酸钙异向生长分级组装的多孔微米花，即多巴胺/磷酸钙杂化微米花材料。
所述方法具体包括以下步骤：
(1)配制多巴胺乙酸水溶液；
(2)配制磷源水溶液，搅拌下将所得磷源水溶液逐滴滴加到步骤(1)制得的体系中，得到多巴胺/磷源复合物混合液；
(3)将步骤(2)制备的多巴胺/磷源复合物混合液转移至水浴锅中，将配好的氯化钙水溶液逐滴加入到所述复合物混合液中，加热搅拌，反应结束后，离心，收集沉淀物，洗涤，干燥，得到多巴胺/磷酸钙杂化微米花材料。
上述方法步骤(1)中，所述多巴胺乙酸水溶液的浓度可为1～10mg/mL，具体可为1～5mg/mL，更具体可为2mg/mL；
先用去离子水配制乙酸水溶液，称取多巴胺盐酸盐溶解于乙酸水溶液中，得到的多巴胺乙酸水溶液；
所述乙酸水溶液的浓度可为0.5～5wt％，具体可为0.5～2wt％，更具体可为1wt％；
上述方法步骤(2)中，所述磷源水溶液中磷源的浓度可为25～125mg/mL，具体可为25～100mg/mL，更具体可为100mg/mL；
所述磷源可为三聚磷酸钠、磷酸盐缓冲盐、三磷酸腺苷、磷酸氢二钠、磷酸二氢钠中的一种或两种及两种以上的混合物，具体可为三聚磷酸钠，所述搅拌的温度可为15～25℃，转速可为300～1000rpm，时间可为5～25min，多巴胺与磷源的质量比可为1～4：10～30，具体可为1～2.5：20～25；
上述方法步骤(3)中，水浴锅的温度可为30～40℃；
氯化钙水溶液的浓度可为75～150mM，具体可为100～125mM，更具体可为110mM；
多巴胺与氯化钙的质量比可为1～4：5～18，具体可为：1～2.5：6～15；
所述搅拌的温度可为30～40℃，具体可为40℃，转速可为500～1200rpm，具体可为1000rpm，时间可为10～120min，具体可为60min；
所述离心的转速可为3000～5000rpm。
由上述方法制得的多巴胺/磷酸钙杂化微米花材料也属于本发明的保护范围。
所述多巴胺/磷酸钙杂化微米花材料，直径在3～10微米之间，由规律的厚约20纳米、宽约300-800纳米的多孔纳米片构成，具有完整的三维立体结构，具有极高的比表面积和高孔隙率。
上述多巴胺/磷酸钙杂化微米花材料作为载药材料或药物载体在制备给药体系中的应用也属于本发明的保护范围。
所述应用中，以多巴胺/磷酸钙杂化微米花材料作为载药材料或药物载体的给药体系，有高的载药率，可在不同pH条件下对药物进行可控释放。
具体地，可在pH＝7.4的生理条件下实现药物的释放。
本发明还提供一种阿霉素-多巴胺/磷酸钙杂化微米花材料给药体系，由阿霉素与多巴胺/磷酸钙杂化微米花材料组成。
实施例1、
本实施例中，一种多巴胺/磷酸钙杂化微米花材料制备方法，按照以下步骤进行：
(1)去离子水配制1wt％的乙酸水溶液，配制得到浓度2mg/mL的多巴胺乙酸水溶液；
(2)去离子水配制浓度为100mg/mL的三聚磷酸钠水溶液，搅拌下逐滴滴加到多巴胺水溶液中，得到多巴胺/三聚磷酸钠复合物混合液，多巴胺与三聚磷酸钠的质量比为1:20；
(3)将多巴胺/三聚磷酸钠复合物混合液转移至水浴锅中，使用去离子水配制110mM的氯化钙水溶液，将其逐滴加入以上复合物混合液中，加热搅拌，反应结束后，离心5min，除去上清液收集沉淀物，用去离子水重悬，洗涤沉淀物3次；其中，搅拌温度为40℃，转速为1000rpm，时间为60min，离心转速为3000rpm，多巴胺与氯化钙与的质量比为1：9.25；
(4)将步骤(3)所得产物真空干燥，得多巴胺/磷酸钙杂化微米花材料。
实施例2、
一种多巴胺/磷酸钙杂化微米花材料的制备方法，按照以下步骤进行：
(1)去离子水配制1.5wt％的乙酸水溶液，配制得到浓度5mg/mL的多巴胺乙酸水溶液；
(2)去离子水配制浓度为50mg/mL的三聚磷酸钠水溶液，搅拌下逐滴滴加到多巴胺水溶液中，得到多巴胺/三聚磷酸钠复合物混合液,多巴胺与三聚磷酸钠的质量比为2：23；
(3)将多巴胺/三聚磷酸钠复合物混合液转移至水浴锅中，使用去离子水配制100mM的氯化钙水溶液，将其逐滴加入以上复合物混合液中，加热搅拌，然后离心5min，除去上清液收集沉淀物，用去离子水重悬，洗涤沉淀物3次；其中，搅拌温度为40℃，转速为800rpm，时间为30min，离心转速为3500rpm,多巴胺与氯化钙的质量比为1：7.5；
(4)：将步骤(3)所得产物真空干燥，得多巴胺/磷酸钙杂化微米花材料。
实施例3、
一种多巴胺/磷酸钙杂化微米花材料制备方法按照以下步骤进行：
(1)去离子水配制0.75wt％的乙酸水溶液，配制得到浓度4mg/mL的多巴胺乙酸水溶液；
(2)去离子水配制浓度为100mg/mL的磷酸盐缓冲盐水溶液，搅拌下逐滴滴加到多巴胺水溶液中，得到多巴胺/磷酸盐缓冲盐复合物混合液,多巴胺与磷酸盐缓冲盐的质量比为1：10；
(3)将多巴胺/磷酸盐缓冲盐复合物混合液转移至水浴锅中，使用去离子水配制150mM的氯化钙水溶液，将其逐滴加入以上复合物混合液中，加热搅拌，然后离心5min，除去上清液收集沉淀物，用去离子水重悬，洗涤沉淀物3次；其中，搅拌温度为40℃，转速为800rpm，时间为30min，离心转速为3500rpm,多巴胺与氯化钙的质量比为1：8；
(4)将步骤(3)所得产物真空干燥，得多巴胺/磷酸钙杂化微米花材料。
载药应用及药物缓释测试
采用本发明实施例1制备得到的多巴胺/磷酸钙杂化微米花，采用扫描电子显微镜(图1)及透射电子显微镜(图2)对该材料进行表征，可知该微米花直径在3～10微米之间，由规律的厚约20纳米、宽约300-800纳米的多孔纳米片，具有完整的三维立体结构，具有极高的比表面积和高孔隙率，能够提升载药率。进一步的，结合多种表征手段如采用X射线衍射图及元素能量色散谱图测试分析，可知该材料的无机组分为正磷酸钙、焦磷酸钙二水合物和焦磷酸钙四水合物，是多巴胺及以上磷酸钙复合的有机-无机杂化材料，该材料结合了两组分的优势性能，具有极好的生物相容性、生物活性以及稳定性。将阿霉素水溶液与实施例1所得的多巴胺/磷酸钙杂化微米花混合，震荡吸附12h并离心水洗3次，收集上清液测试紫外吸光度，利用阿霉素的吸光度标准曲线定量计算载药前后上清液中的药物差量，计算得阿霉素的负载率高达58％，较高的负载率归因于该材料较大的比表面积及多孔性能。激光共聚焦559纳米激光器激发后拍摄图片(图3)，显示负载前后不改变材料的形貌，且负载了DOX的微米花发出红光，证明了DOX的成功负载。进一步的，对于本发明实施例1制备得到的多巴胺/磷酸钙杂化微米花进行负载药物的缓释性能测试(图4)，在不同的pH条件下对药物进行可控释放，在pH＝7.4的生理条件下，实现药物65％的释放。该材料具有较好的生物医学领域应用前景，推测其可作为肛肠疾病内塞药的载体。