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1 506 硅酸盐学报 2009 年第 37 卷第 4 期 2009 年 4 月硅酸盐学报 JOURNAL OF THE CHINESE CERAMIC SOCIETY Vol. 37,No. 4 April, 2009 磁性坡缕石靶向药物载体的原位制备及性能汪华锋 1, 盛晓波 1, 林萍华 1,2, 储成林 1, 董寅生 (1. 东南大学材料科学与工程学院, 江苏省先进金属材料高技术研究重点实验室, 南京 ; 2. 河海大学材料科学与工程学院, 南京 ) 1 摘要 : 用原位合成法制备了新型磁性坡缕石 (Fe 3 O 4 -P) 靶向药物载体样品, 样品复合率为 20% 测量了载体样品的磁性能, 并进行了载药和体外释药试验结果表明 : 载体中 Fe 3 O 4 颗粒平均直径约为 10 nm, 均匀分布在坡缕石纤维表面 ; 样品的饱和磁化强度达到 A m 2 /kg, 剩余磁化强度为 1.13 A m 2 /kg, 矫顽力为 A/m;Fe 3 O 4 -P 对表阿霉素药物的饱和吸附率达到 48.5 mg/g; 载体在磷酸盐溶液中浸泡 1 h 后对药物的释放与吸附达到动态平衡, 表现了良好的缓释性能关键词 : 磁性药物载体 ; 坡缕石 ; 四氧化三铁 ; 表阿霉素中图分类号 :P579;R318 文献标志码 :A 文件编号 : (2009) PREPARATION AND PERFORMANCE OF MAGNETIC PALYGORSKITE PARTICLES BY IN SITU SYNTHESIS METHOD WANG Huafeng 1,SHENG Xiaobo 1,LIN Pinghua 1,2,CHU Chenglin 1,DONG Yingsheng 1 (1. College of Materials Science and Engineering, Southeast University, Jiangsu Key Laboratory of Advanced Metallic Materials, Nanjing ; 2. College of Materials Science and Engineering, Hehai University, Nanjing , China) Abstract: Magnetic palygorskite particles (Fe 3 O 4 -P) a new drug carrier with magnetic targeting were produced by the in-situ synthesis method. The recombination rate was 20%. The magnetization was measured and the absorption of the drug and its in vitro release were investigated. The results show that the particle size of Fe 3 O 4 distributed on the surface of palygorskite fibers is about 10 nm. The saturation magnetization is A m 2 /kg, and the coercive force is A/m. The particles have better adsorption on medicament and can absorb 48.5 mg/g epirubicin, measured by means of an optical spectrometer. The drug release properties in the phosphate buffer solution were investigated, and the drug release and absorption reached dynamic balance in about 1 h. The drug carrier system has good stability. Key words: magnetic drug carrier; palygorskite; ferroferric oxide; epirubicin 自 20 世纪 70 年代末至今, 对磁性药物载体系统的研究已经涉及到许多种类 : 磁流体 [1 2] 磁性脂质体 [3 4] [5] 磁性白蛋白微球以及磁性颗粒和无机材料的复合材料, 如 : 铁碳复合材料 [6] 磁性坡缕 [7] 石复合材料等磁性靶向药物载体能将药物输送到病变区并释放, 减少药物对其他部位的毒副作用, 更好地发挥抗癌作用, [8] 在临床医学上具有广阔的应用前景黏土矿物材料由于其特殊的性质有望在药物载体上得到应用, [9] 其中坡缕石 ( 也称凹凸棒石, palygorskite,p) 由于其特殊的层链状晶体结构和十分细小的棒状纤维状晶体形态而备受科研人员的关注, [10 11] 其化学稳定性和无毒性已在临床上得到验证 [12] 国外有研究将黏土矿物, 如 : 海泡石蒙脱石水滑石以及坡缕石等作为药物载体, 黏土矿物表现出了优异的缓释性能 [13 14] [7,15] 国内有报道收稿日期 : 修改稿收到日期 : 基金项目 :Nippon Sheet Glass Foundation for Materials Science and Engineering ( ) 及东南大学自然科学基金 ( ) 资助项目第一作者 : 汪华锋 (1985 ), 男, 硕士研究生通讯作者 : 盛晓波 (1962 ), 男, 博士, 副教授 Received date: Approved date: First author: WANG Huafeng (1985 ), male, graduate student for master degree. wanghuafeng101@live.cn Correspondent author: SHENG Xiaobo (1962 ), male, Ph.D., associate professor. shengxiaobo@seu.edu.cn

2 第 37 卷第 4 期汪华锋等 : 磁性坡缕石靶向药物载体的原位制备及性能 507 采用机械法对含有磁性颗粒和坡缕石的悬浮液搅拌并用超声法制备了磁性坡缕石靶向药物载体, 增加了黏土矿物作为药物载体的靶向性能研究发现机械法制备复合材料时, 容易出现大量的磁颗粒团聚体, 这种大体积的团聚体不易与坡缕石复合, 导致 2 种材料复合不均匀 [15] 原位合成法在制备复合材料或组装体时具有直接合成和简单有效的特点 [16] 实验采用原位合成法在坡缕石的表面直接生成 Fe 3 O 4 颗粒, 制备了磁性坡缕石复合材料这种工艺简单易控制, 磁性颗粒能均匀牢固地结合在坡缕石表面, 且该复合材料具有良好的磁性与载药释药性能, 有望作为磁性靶向药物载体得到应用 1 实验 1.1 原材料坡缕石由江苏盱眙鸿飞工贸有限公司提供, 经实验室提纯后坡缕石的矿物含量为 94% ( 质量分数 ), 颗粒的平均粒径为 0.83 μm, 主要成分含量见表 1 FeCl 3 6H 2 O 和 FeCl 2 4H 2 O 等均为分析纯盐酸表阿霉素为浙江海正药业股份有限公司生产, 批号为 B Table 1 表 1 提纯坡缕石粉的主要化学组成及密度 Main chemical components and density of purified porlygorskite powder Component content w/% SiO 2 Al 2 O 3 Fe 2 O 3 MgO CaO K 2 O Na 2 O Density/(g cm -3 ) w Mass fraction. 1.2 前驱体 FeCl 2 -FeCl 3 -P 的制备按照摩尔比 n(fe 2+ ):n(fe 3+ )=1:1 和复合率为 20% 称取适量的铁盐, 溶解于水和乙醇的混合溶液中, 称取坡缕石粉末 4 g 并加入到混合液中, 经超声波分散 5 min 形成悬浮液, 将悬浮液放入真空干燥箱,60 干燥 24 h, 得到的样品即为前驱体 FeCl 2 -FeCl 3 -P 1.3 Fe 3 O 4 -P 的制备在三口瓶中配制一定浓度的氨水 500 ml 作为沉淀液, 通入 N 2 保护, 将研磨分散后的 FeCl 2 - FeCl 3 -P 粉末快速添加到氨水中, 同时用机械搅拌器搅拌, 搅拌速率为 200 r/min, 加热到 50 后保温 2 h, 最后用离心机分离, 倒去上层清液, 用蒸馏水反复洗涤, 直至 ph 值接近 7 静置沉淀, 抽去上层液体, 再用 5 mol/l 的 HCl 溶液处理在真空干燥箱里干燥并于 300 热处理 1 h, 冷却后得到 Fe 3 O 4 -P 样品 1.4 Fe 3 O 4 -P 吸附表阿霉素在室温 (20 ) 下配置不同浓度 (15~500 mg/l) 的化疗药表阿霉素溶液共 20 管, 每管 8 ml 将 0.2 g 载体分散于 40 ml 蒸馏水中, 并经超声振荡 5 min 形成悬浮液吸取 2 ml 载体悬浮液加入装有表阿霉素溶液的试管中, 使载体充分吸附药物然后在试管底部加磁场使吸附药物的载体沉降于管底, 抽去上部澄清溶液, 烘干即得磁靶向药物 1.5 测试方法结构和磁性采用日本理学公司生产的 D/max 2500/PC 型 X 射线衍射 (X-ray diffraction, XRD) 仪和日本岛津 IL 270 红外 (infrared, IR) 光谱仪分析样品结构采用美国 TEOL 公司生产的 TEM2000EX 型透射电子显微镜 (transmission electron microscope,tem) 观察样品的尺寸和形貌采用美国 LDJ 电子仪器公司生产的振动样品磁强计 (vibrating sample magnetometer,vsm) 测量粉体的磁性采用美国 UNICO 公司生产的可见光 (visible, Vis) 分光光度计测试溶液的吸光度 Fe 3 O 4 复合率 θ 是指样品中 Fe 3 O 4 的质量占样品 m m0 总质量的百分比, θ = 100% (m 为样品的总 m 质量 ;m 0 为制备前所加坡缕石的质量 ) 载药与释药性能 (1) 表阿霉素标准吸附在室温下 (20 ) 配制浓度为 40 mg/l 的表阿霉素溶液, 用分光光度计于 200~800 nm 波长范围进行扫描, 绘制光谱曲线, 同时对制剂所用辅料的相应溶液进行扫描结果显示在 480 nm 处有最大吸收, 而辅料在此没有吸收, 故选择 480 nm 作为测定波长配制一系列不同浓度的表阿霉素标准溶液, 用分光光度计在 480 nm 处测得其吸光度, 得到表阿霉素的标准吸附曲线 ( 如图 1 所示 ) 盐酸表阿霉素标准曲线方程 :

3 508 硅酸盐学报 2009 年 y= x ,R= ,N=9 (1) 表阿霉素磷酸盐缓冲溶液标准曲线方程 : y= x ,R= ,N=10 (2) y 为表阿霉素的质量浓度 ;x 为吸光度 ;R 为精确度 ; N 为试验次数 2 结果与讨论 2.1 Fe 3 O 4 -P 样品的形貌和结构分析图 2 为 Fe 3 O 4 -P 样品的 TEM 照片图 2 中灰白色纤维为坡缕石晶体, 其表面吸附的黑色小颗粒是粒径约为 10 nm 的 Fe 3 O 4 颗粒从图 2b 可以看出在没有坡缕石的区域没有游离的磁性颗粒存在与机械混合方法制备的样品相比, [7] 原位合成法由于 Fe 2+ 和 Fe 3+ 与沉淀剂中 OH 直接在坡缕石晶体表面发生化学反应成核并长大, 样品中的 Fe 3 O 4 颗粒大小和分布比较均匀, 几乎没有游离颗粒 Fig.1 图 1 表阿霉素标准吸附曲线 A standard curve of absorbency of epirubicin (2) 吸附性能将药物吸附试验后分离出的澄清表阿霉素溶液于 480 nm 处测定其吸光度, 由式 (1) 求出其浓度, 得到游离表阿霉素质量将表阿霉素总质量减去游离质量, 既得被载体颗粒吸附的表阿霉素质量, 据此作表阿霉素吸附曲线载药率是指样品中表阿霉素质量与载体质量的 m1 百分比载药率 η 的计算公式为 η = 100% (m 1 m 表示样品中表阿霉素的质量 ;m 2 表示 Fe 3 O 4 -P 的质量 ) (3) 释放性能选择 ph=7.2 的磷酸盐缓冲溶液作为释放介质准确称取适量载药纳米颗粒, 置于烧杯中, 加入磷酸盐缓冲溶液 (80 次 /min) 后, 放入 (37±0.5) 电热恒温振荡水槽, 定时取少量释放介质测量其吸光度, 同时补充等量新鲜缓冲液根据工作曲线计算表阿霉素的含量, 并由此计算释药率, 绘制累积释药率时间曲线药物释放率 M δ = 1 100% (M 1 为释放出药物的质量,M 为载体 M 中吸附的药物总量 ) 采用同样方法进行药物洗脱实验, 即每次将释放介质全部抽取, 同时补充等量的新鲜缓冲液, 反复 5 次, 收集所有释放介质, 测量吸光度并计算总释放量和总释放率 2 图 2 磁性颗粒在 Fe 3 O 4 -P 表面分布的 TEM 照片 Fig.2 Transmission electron microscope (TEM) images of Fe 3 O 4 -P particles P Palygorsite. 原位合成法制备合成 Fe 3 O 4 -P 复合颗粒过程中, Fe 3 O 4 在成核初期, 晶核很小且具有很大的表面能, 晶核极易吸附到坡缕石纤维表面以降低表面能, 随后晶核会在坡缕石纤维表面生长, 形成了 Fe 3 O 4 包覆的磁性坡缕石复合材料图 3 为 Fe 3 O 4 -P 样品的 XRD 谱从图 3 可看出 : 样品由坡缕石和 Fe 3 O 4 组成, 其中 Fe 3 O 4 为立方尖晶石结构从坡缕石的衍射峰可以看出, 坡缕石仍

4 第 37 卷第 4 期汪华锋等 : 磁性坡缕石靶向药物载体的原位制备及性能 509 图 3 Fe 3 O 4 -P 样品的 XRD 谱 Fig.3 X-ray diffraction (XRD) pattern of Fe 3 O 4 -P particles 保持了其矿物的主要特征, 不过其特征峰的衍射强度大幅下降, 峰形变宽, 这主要是由于坡缕石纤维表面包覆有晶化良好的 Fe 3 O 4 纳米颗粒, 使坡缕石的衍射峰强度相对降低 2.2 FTIR 光谱分析图 4 是 Fe 3 O 4 坡缕石和 Fe 3 O 4 -P 复合颗粒的 FTIR 谱图 4 中 Fe 3 O 4 样品是经过聚乙二醇分散的, 因此在 cm 1 和 cm 1 处出现了 CH 2 的振动谱带, 在 cm 1 处出现 C O H 吸收谱带在 cm 1 和 cm 1 处的吸收峰对应于 Fe 3 O 4 粒子 Fe O 的特征吸收峰及其表面羟基的伸缩振动峰图 4 的谱线 2 中 1 200~800 cm 1 为 (Mg,Al) Si O,Si O Si(Al) 的伸缩振动区间, cm 1 处峰形较大且较宽的为坡缕石中 Si O 的伸缩振动峰 ; cm 1 和 cm 1 左右的吸收峰为坡缕石晶体结构中的吸附水和结构水的羟基的吸收峰当 2 种材料复合后, 图 4 的曲线 3 中 Fe O 的特征吸收峰由 cm 1 向低波数移动到 cm 1, 这可能是由于 2 种颗粒复合, 表面能降低, 使相接触的部分有局部电子重排, 因此表现在 Fe O 特征吸收带向较低的波数移动另外, 在图 4 的谱线 3 中 cm 1 处出现了新的特征峰, 这是由于反应过程引入了 NH 3 H 2 O + 时, 坡缕石孔道中吸附有 NH 4 所致除上面几处吸收峰变化外, 图 4 的谱线 3 其他处的谱线和曲线 1, 曲线 2 的谱线叠加对比, 说明 Fe 3 O 4 和坡缕石颗粒是属于物理结合,Fe 3 O 4 和坡缕石的结构没有发生变化 2.3 Fe 3 O 4 -P 样品的磁性能 Fe 3 O 4 -P 样品的磁滞回线如图 5 所示 Fe 3 O 4 -P 样品的饱和磁化强度 (M s ) 为 A m 2 /kg, 略高于文献 [7] 报道的 20.5 A m 2 /kg 剩余磁化强度 (M r ) 为 1.13 A m 2 /kg,m r /M s =4.7% 矫顽力为 A/m, 因此材料的剩磁较小, 磁场引导后不易发生磁团聚现象由于药物载体的磁靶向性能主要取决于材料本身的磁性能外加磁场以及磁场梯度, 在选择了适宜的外加磁场和磁场梯度下, 材料能表现良好的靶向性能图 5 Fe 3 O 4 -P 样品的磁滞回线 Fig.5 Hyateresis curve of Fe 3 O 4 -P particles 图 4 Fe 3 O 4 坡缕石 Fe 3 O 4 -P 复合材料的 FTIR 谱 Fig.4 Fourier transform infrared (FTIR) spectra of samples 1 Fe 3 O 4 ; 2 Palygorskite; 3 Fe 3 O 4 -P. 2.4 Fe 3 O 4 -P 样品的载药性能 Fe 3 O 4 -P 样品吸附表阿霉素的实验结果如图 6 所示 Fe 3 O 4 -P 对表阿霉素的吸附分为线性吸附和饱和吸附 2 个阶段当溶液 (30 ml) 中表阿霉素质量小于 μg 时,Fe 3 O 4 -P 吸附药物的质量随着溶液中表阿霉素质量的增大而增加 ; 当溶液中表阿霉素质量大于 μg 时, 表阿霉素吸收总量达到 485 μg, 吸附量不再增加, 表明这时 Fe 3 O 4 -P 对表阿霉素的吸附达到饱和由于每管溶液中 Fe 3 O 4 -P 量约为 10 mg, [17] 因此饱和吸附率约为 48.5 mg/g, 高于汤庆国等制备的磁性凹凸棒石药物载体对 5 氟尿嘧啶的饱

5 510 硅酸盐学报 2009 年图 6 Fe 3 O 4 -P 和纯坡缕石颗粒对表阿霉素药物的吸附实验数据 Fig.6 Epirubicin absorption experimental data of Fe 3 O 4 -P and palygorskite particles 和吸附率 (27.2 mg/g) 从图 6 还可以看出 : 未经酸和热处理的纯坡缕石的饱和吸附率约为 40 mg/g, 即 Fe 3 O 4 -P 的饱和载药率较高, 这主要是由于 Fe 3 O 4 -P 通过盐酸处理和热处理后, 材料表面的杂质被清除, 且吸附水被去除, 材料的比表面积增加, 其吸附能力随之增大所致 [10,18] 2.5 Fe 3 O 4 -P 中表阿霉素的体外释放图 7 为模拟体温条件下在定量的释放介质中表阿霉素释放率与释放时间的关系从图 7 可以看出 : 表阿霉素在磷酸盐缓冲溶液中的累计释放曲线大致可以分为突释缓释和平衡释放 3 个阶段开始 10 min 左右, 药物释放率大约为 15.1%; 随后 1 h 内, 药物释放放缓,1 h 共释放药物 20.5%;1 h 后, 释放表现出一种拖尾现象, 表明在这种定量的释放介质中药物浓度接近平衡, 药物释放量几乎不变, 此时介质中药物的浓度约为 70.6 mg/l 随时间增加, 释放介质中药物浓度也保持平衡说明药物的释放过程中存在很大的约束力, 载体对药物的释放与吸附达到动态平衡该平衡间接表明了当药物到达病灶区, 药物会经历突释和缓释, 直至周围药物浓度升高到一定值时, 释放达到动态平衡 ; 随着人体对药物的吸收, 载体周围药物浓度随之降低, 载体中药物就会缓慢被释放, 直至药物全部被释放这种缓慢释放的特点, 为减少给药次数, 延长治疗效果提供了可能从图 7 还可看出 : 未经酸和热处理的纯坡缕石载体对药物的释放率比 Fe 3 O 4 -P 要高,1 h 后约释放了 22.5% 由于经盐酸处理和热处理后, 材料的吸附性能提高, 而释放率与材料对药物的吸附约束力成反比,Fe 3 O 4 -P 的吸附约束力大于纯坡缕石, 因此药物释放率较低, 表现出更好的缓释性能, 这与文献 [9] 报道的坡缕石经热或化学处理后缓释性能提高相一致经 5 次药物载体洗脱实验后, 测定药物载体的总释放率能达到 97.8%, 载体中的药物几乎全部能够释放出来 3 结论采用原位合成法制备 Fe 3 O 4 -P 磁性靶向药物载体,Fe 3 O 4 颗粒大小和分布比较均匀, 游离颗粒较少样品的复合率为 20%, 其饱和磁化强度达到 A m 2 /kg, 矫顽力为 A/m 经过酸处理和热处理后,Fe 3 O 4 -P 对表阿霉素药物的饱和吸附率达到 48.5 mg/g, 比纯坡缕石的药物吸附饱和值 (40 mg/g) 高 20% 载体在 1 h 内共释放药物 20.5%, 比纯坡缕石的 1 h 内释放率 22.5% 低,1 h 后载体对药物的释放与吸附达到动态平衡, 表现出更好的缓释性能而载体经过反复洗脱, 载体中的药物总释放率达到 97.8% 原位合成法制备的磁性坡缕石复合材料可满足靶向缓释药物载体功能的需求参考文献 : 图 7 Fe 3 O 4 -P 和纯坡缕石颗粒对表阿霉素释放实验数据 Fig.7 Epirubicin releasing experimental point of Fe 3 O 4 -P and palygorskite particles [1] LUBBE A S, BERGEMANN C, BROCK J, et al. Phsiological aspects in magnetic drug-targeting [J]. J Magn Magne Mater, 1999, 194: [2] ALEXIOU C, AMOLD W, KLEIN R J. Locoregional cancer treatment with magnetic drug targeting [J]. Cancer Res, 2000, 60(23): [3] KUBO T, SUGITA T, SHIMOSE S. Targeted systemic chemotherapy using magnetic liposomes with incorporated adriamycin for osteosarcoma in hamsters [J]. Int J Oncol, 2001, 18(1): [4] KUBO T, SUGITA T, SHIMOSE S. Targeted delivery of anticancer drugs with intravenously administered magnetic liposomes in osteosarcoma-bearing hamsters [J]. Int J Oncol, 2001, 17(2): [5] WIDDER K J, MORRIS R M, POORE G. Selective targeting of magnetic albumin microspheres containing low-dose doxorubicin: total re-

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