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β―胡萝卜素介孔纳米材料新型载药体系的制备与稳定性研究.doc

β―胡萝卜素介孔纳米材料新型载药体系的制备与稳定性研究

shu春花
2019-06-04 0人阅读 举报 0 0 暂无简介

简介:本文档为《β―胡萝卜素介孔纳米材料新型载药体系的制备与稳定性研究doc》,可适用于医药卫生领域

β―胡萝卜素介孔纳米材料新型载药体系的制备与稳定性研究摘要以,,三甲基苯(,,TMB)作为扩孔剂,对介孔纳米材料MCM(mobilcompanyofmatter)进行了扩孔改性,采用有机溶剂浸渍法将非水溶性的β胡萝卜素载入到扩孔后的MCM的介孔孔道中,得到了β胡萝卜素MCM新型载药体系。分别利用TEM,FTIR,元素分析和低温N吸附解吸附对MCM以及载药体系进行了表征研究了载药体系中β胡萝卜素的最佳载药时间,载药量以及体外稳定性等。通过表征,发现采用水热合成法制备的MCM具有良好的球形度,规则的孔径结构扩孔改性后的MCM作为药物载体具有较短的载药时间且药物的载药量有明显提高,并且组装体中β胡萝卜素的稳定性得到了一定程度的改善。该新型载药体系的研究为β胡萝卜素的广泛应用提供了新的思路。关键词扩孔改性MCMβ胡萝卜素稳定性PreparationandstabilityofβcaroteneloadedusingmesoporoussilicananoparticlesascarrierssystemLIUJing,RENZhihui,WANGHaiyuan,JINXinghua*(SchoolofPharmaceuticalScienceandTechnology,TianjinUniversity,Tianjin,China)Abstract,,Trimethylbenzene(,,TMB)wasusedastheporeenlargingmodifiertoexpandtheporesizeofMCM(mobilcompanyofmatter)mesoporoussilicananoparticlesThesolventimpregnationmethodwasadoptedtoassemblenonwatersolubleβcaroteneintotheporechannelofMCMTheMCManddrugassemblieswerecharacterizedbyTEM,FTIR,elementalanalysisandNadsorptiondesorptionTheresultsshowedthatMCMhasgoodsphericityandregularporestructureTheresearchalsoinvestigatedtheoptimalloadingtime,thedrugloadingandthevitrostabilityoftheβcaroteneAsadrugcarrier,themodifiedMCMshowingashorterdrugloadingtime,thedrugloadingashighasandthestabilityofβcaroteneindrugassemblieshasimprovedThestudyofthisnewformulationprovidesanewwayforβcaroteneapplicationKeywordsporeenlargedmodificationMCMβcaroteneatabilitydoi:cjcmmβ胡萝卜素是应用最为广泛的天然食品着色剂,它既是天然色素,又是人体健康必不可少的一类化合物。β胡萝卜素分子中存在多个共轭双键结构,对许多物理、化学、生物等因素都不稳定,例如光辐射、高温、酸、碱、游离卤素、水分等,但氧是影响β胡萝卜素稳定性的最主要因素。因此寻找增加其载药量和稳定性的药物载体具有十分重大的意义。由于介孔纳米材料MCM具有比表面积大、无毒副作用、生物兼容性良好等特点,故本实验考虑采用MCM来包载β胡萝卜素以增加其生物利用度。研究发现,将MCM作为药物载体的研究中多采用难溶性的小分子作为模型药物,而脂溶性很强、分子体积较大的药物对于MCM的选择性更高。由于介孔纳米材料MCM具有择形选择性,所以本研究采用,,TMB作为扩孔改性剂,对介孔分子筛MCM的孔径进行精心的调变,使β胡萝卜素分子的大小能够与分子筛的孔道大小与形状相匹配,以增加β胡萝卜素的载药量,并在一定程度上改善β胡萝卜素体外稳定性,为介孔纳米材料作为非水溶性药物的载体展开新的思路。材料与方法试剂与仪器β胡萝卜素(纯度>,天津光复精细化工研究所)正硅酸乙酯(TEOS)(分析纯,天津市博迪化工有限公司)十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)(分析纯,天津光复精细化工研究所)NaOH(分析纯,天津市江天化工技术有限公司)超纯水(MilliQAcademic)甲醇(色谱纯,天津康科德科技有限公司)氯仿、丙酮、无水乙醇等均为分析纯。AgilentCary紫外分光光度计,Agilent高效液相色谱仪(美国Agilent公司)AnkeTGLG高速台式离心机(上海安亭科学仪器厂)MettlertoledoXS型电子天平(美国Mettler公司)SX马弗炉(天津天有利科技有限公司)。MCM的合成制备MCM的各原料CTAB,TEOS,NaOH,HO的摩尔比为∶∶∶。具体制备过程如下:用量筒量取mL超纯水置于mL三口瓶中,加热到℃后,在搅拌的条件下,向三口瓶中加入gCTAB,搅拌均匀后加入molLNaOH溶液mL,搅拌反应min,溶液呈均相后,缓慢加入mLTEOS,保持℃,不断搅拌反应h。反应后溶液冷却至室温,抽滤泵抽滤,并分别用水和无水乙醇洗涤次,℃下过夜干燥。将得到的MCM放入马弗炉中,℃下煅烧h,得到MCM,并标记为M。MCM的扩孔改性各原料CTAB,TMB,TEOS,NaOH,HO的摩尔比为∶∶∶∶(yx=,,)。具体制备过程如下:用量筒量取mL超纯水置于mL三口瓶中,加热到℃后,在搅拌的条件下,向三口瓶中加入gCTAB,搅拌均匀后加入molLNaOH溶液mL(pH),搅拌反应min,溶液呈均相后,向三口瓶中加入mL扩孔剂,,TMB,并缓慢加入mLTEOS,保持℃温度下,不断搅拌反应h。反应液冷却至室温,将产物过滤、洗涤(无水乙醇、超纯水各洗涤次),℃下过夜干燥。将得到的MCM放入马弗炉中,℃下煅烧h,得到大孔径的MCM成品,并标记为M。β胡萝卜素在介孔纳米材料MCM中的组装β胡萝卜素的组装采用有机溶剂浸渍法。称取mgM及M分别加入到有机溶剂中,密封,避光,放入℃恒温震荡器中震荡一定时间后,rmin离心min,取上清,用紫外分光光度测定β胡萝卜素的载药量,β胡萝卜素的最大吸收波长为nm。β胡萝卜素的载药量(DL)=(CtCf)(CtCfC)×,式中,Cf为离心后上清液中剩余的β胡萝卜素的含量,Ct为加入的β胡萝卜素的总含量,C为介孔材料的质量。载药后得到了β胡萝卜素MCM载药体系,经rmin离心min,收集下层沉淀,将收集到的粉末密封,避光保存于真空干燥器中,备用。浸渍溶剂的选择本研究考察了氯仿、丙酮、二氯甲烷、氯仿丙酮(∶)对于β胡萝卜素载药量的影响。设定β胡萝卜素MCM(∶),于℃恒温震荡器中震荡h。离心,吸取上清液,测定β胡萝卜素的载药量。β胡萝卜素标准曲线的建立配制β胡萝卜素标准溶液,质量浓度分别为,,,,,mgL。以浸渍溶剂作为空白,紫外扫描范围~nm,在nm处β胡萝卜素有最大吸收。标准曲线方程A=C,R=,线性范围~mgL。最大载药量的确定将mgM置于,,,,gL的mLβ胡萝卜素氯仿丙酮(∶)溶液中,搅拌h,过滤,rmin离心min,吸取上清液,稀释后利用紫外分光光度法测定β胡萝卜素的残留量,计算出药物组装体中β胡萝卜素的含量。最佳载药时间的确定将mgM置于gL的β胡萝卜素氯仿丙酮(∶)mL溶液中,搅拌,,,,,h,过滤,rmin离心min,吸取上清液,稀释后利用紫外分光光度法测定β胡萝卜素的残留量,计算出药物组装体中β胡萝卜素的含量。药物组装体中β胡萝卜素稳定性的测定分别将mgβ胡萝卜素、β胡萝卜素MCM的载药体系(包括扩孔前与扩孔后的载药体系)避光、敞口放置于℃下,每天取样观察,并利用HPLC测定β胡萝卜素的含量。精密称定mg上述待测β胡萝卜素MCM载药体系的粉末,加入mL氯仿,超声使载药体系中的β胡萝卜素浸出。rmin离心min,将上清液转移至mL量瓶中。下层固体中再次加入mL氯仿,进行二次提取。反复提取β胡萝卜素次,合并上清液,用氯仿定容至mL,获得β胡萝卜素提取液。利用高效液相色谱法进行测定,从而得出储存过程中制剂中β胡萝卜素的含量,β胡萝卜素的保留率(RR)=AnA×,式中,An为储存第n天后组装体中β胡萝卜素的峰面积,A为第天组装体中β胡萝卜素的峰面积。HPLC测定β胡萝卜素的液相条件:AgilentZORBAXC色谱柱(mm×mm,μm)检测波长nm流动相甲醇柱温℃。结果与讨论MCM的表征透射电子显微镜(TEM)煅烧去除模板后的介孔分子筛M和经过扩孔改性后得到的介孔纳米材料M透射电子显微镜图片见图。合成的MCM呈球形,其粒径大约分布在~nm,且球形均匀。经过扩孔改性后的MCM仍然保持着良好的球形形貌,这说明扩孔改性剂没有对介孔分子筛的形貌产生影响。傅里叶变换红外光谱(FTIR)M与M在去除模板后的傅里叶变换红外光谱图见图,波数区间为~cm。在图谱上,cm处的吸收峰为SiOH和吸附水分子的特征峰与硅骨架有关的谱峰出现在,cm,分别为硅氧键SiOSi不对称与对称伸缩振动cm处的谱峰为SiO键的弯曲振动。从以上分析可知,孔改性后的介孔分子筛M仍保持良好的介孔孔道结构。N吸附解吸附M,M的N吸附解吸附等温线图见图。M,M均呈现典型的Ⅵ型等温线特征,这说明致孔剂的加入没有改变材料的孔道结构,材料均具有圆柱形细长孔道结构。当PP为~时,M和M的N吸附量均迅速增加,出现一个突跃,这是N在介孔内产生的毛细凝聚所致,吸附量的迅速增加表明介孔结构的存在且孔径均匀。经过扩孔改性后的MCM吸附量明显增加,M和M的结构参数证实了经过扩孔改性后得到的M,孔径增加,比表面积减小,见表。滞后环的大小反映了孔径分布的宽窄。在吸附过程中,孔径较窄的中孔内首先发生毛细凝聚,孔径较宽的孔内最后发生毛细凝聚而在脱附过程中,由于孔中凝聚的液体的相平衡压力与孔径尺寸成正比,所以相对压力较高时,宽孔中的液体首先脱附,而窄孔中的液体只有在相对压力降到足够低时才能脱附。由此可推测,滞后环上下端闭合的早晚反应样品中孔径分布的宽窄,上下两端闭合点相距越远,孔径分布越宽反之,上下两端闭合点相距越近,孔径分布越窄。对比图a和图b可以发现,M的滞后环比M的滞后环要大,且上下两端闭合点相距稍远,说明加入扩孔剂之后制备的MCM孔径分布变宽。原因主要是,将,,TMB作为扩孔剂添加到反应混合物中时,,,TMB会进入表面活性剂的憎水基团内部,使胶束的体积因其填充而增大,从而达到增大孔尺寸的目的,但随着TMB添加量的增加,其在胶束内部的分散程度不完全均一,就会导致合成的MCM孔径分布变宽。药物组装体的表征元素分析为了证实β胡萝卜素成功载入到介孔材料内,对组装β胡萝卜素后的纳米材料样品中碳(C)和氮(N)元素含量进行分析。在组装β胡萝卜素后,对比β胡萝卜素M和β胡萝卜素M中的C含量可以发现,β胡萝卜素M中的C含量虽有增加,但增加量不如β胡萝卜素M,见表。可以推断出,增加的C含量主要来自于β胡萝卜素,同时经过扩孔后得到的MCM能够负载更多的β胡萝卜素,说明孔径扩大后,使更多的β胡萝卜素能够进入到介孔孔道内,初步证明了β胡萝卜素已成功负载到介孔材料中。傅里叶变换红外光谱(FTIR)介孔材料组装β胡萝卜素后的红外谱图见图。波数区间~cm。组装β胡萝卜素后的M在,,cm附近处均出现了硅基介孔材料骨架结构的吸收峰,说明组装β胡萝卜素后介孔材料的结构没有发生变化。在β胡萝卜素M的红外谱图上,cm附近出现了β胡萝卜素的特征吸收峰,进一步证明β胡萝卜素已经组装到介孔材料上。浸渍溶剂的选择本文考察了种常见的浸渍溶剂:氯仿、丙酮、二氯甲烷以及氯仿丙酮(∶)对于β胡萝卜素载药量的影响,结果见图。浸渍溶剂对于β胡萝卜素的溶解度及溶剂的介电常数见表。浸渍溶剂筛选的原则主要是在对β胡萝卜素有一定溶解度的基础上,恰当的溶剂介电常数能够增加溶剂在介孔分子筛中的渗透性,因此筛选出合适的介电常数的溶剂有利于提高β胡萝卜素的载药量。当采用丙酮作为浸渍溶剂时,虽然丙酮的极性较大,但对β胡萝卜素的溶解度较低,故β胡萝卜素的包封率低当采用二氯甲烷作为浸渍溶剂时,虽然二氯甲烷的极性比较适中,但是β胡萝卜素在二氯甲烷中的溶解度大,β胡萝卜素与二氯甲烷的相互作用较强,使得其很难在介孔分子筛与溶剂之间达到分配平衡,β胡萝卜素的包封率较低当采用三氯甲烷作为溶剂时,由于其溶解性适中,只是极性略小,得到的β胡萝卜素的载药量已经有较大程度的提高,但为了进一步提高三氯甲烷作为浸渍溶剂时β胡萝卜素的载药量,选择采用混合溶剂,将三氯甲烷与丙酮按∶混合,在尽可能保持β胡萝卜素在混合溶剂中的溶解度的前提下,改善三氯甲烷的极性,提高β胡萝卜素的载药率。β胡萝卜素载药量的测定β胡萝卜素的浓度与β胡萝卜素载药量的关系曲线见图。当M为mg时,β胡萝卜素的载药量随β胡萝卜素浓度的增加而增大。当β胡萝卜素溶液中β胡萝卜素的总量达到mg(此时,β胡萝卜素溶液的质量浓度为gL)时,β胡萝卜素的载药量基本保持不变。这是由于当增加β胡萝卜素与MCM质量比时,介孔孔道内外的β胡萝卜素的浓度差逐渐增大,则进入到介孔孔道中的β胡萝卜素也随之增加。然而,β胡萝卜素的浓度越大,由于MCM巨大的比表面积,β胡萝卜素会吸附于MCM的表面而未能进入到介孔孔道中,则会造成测定的β胡萝卜素的载药量不准确。因此,gL为β胡萝卜素最佳组装浓度。载药时间与β胡萝卜素载药量的关系曲线见图。当M与β胡萝卜素的投药比为∶,载药时间<h时,β胡萝卜素与MCM之间的吸附解吸附过程没有达到平衡,故进入到MCM孔道内的β胡萝卜素量比较少,载药量较低当载药时间在h左右时,曲线发生突跃,这可能是由于MCM的介孔孔径与β胡萝卜素分子之间的吸附解吸附过程达到平衡,β胡萝卜素分子开始进入到介孔孔道内,故当载药时间>h,β胡萝卜素的载药量逐渐增加,h以后,β胡萝卜素的载药量略有降低,可能的原因是介孔孔道是开放性孔道,载药时间过长会导致β胡萝卜素的泄漏。通过比较图b与图a发现,β胡萝卜素与M达到吸附解吸附平衡所需的时间更长。这是由于M的孔径大小与β胡萝卜素的分子大小匹配度低于M,β胡萝卜素难以进入到M的介孔孔道内,故平衡时间更长,载药量低于β胡萝卜素M组装体。因此,h为M组装β胡萝卜素的最佳时间。MCM包封β胡萝卜素的稳定性将β胡萝卜素及β胡萝卜素MCM组装体避光、敞口放置于℃下,在贮藏期间β胡萝卜素保留率的变化过程见图。由于在贮藏期间β胡萝卜素及β胡萝卜素MCM组装体受到氧气、水分等因素的综合影响,β胡萝卜素发生了降解当没有被组装时,β胡萝卜素完全暴露于空气中,降解的速率较快。当β胡萝卜素与M进行组装后,相比于空白的β胡萝卜素,发现β胡萝卜素的降解速度更快,见图b,这可能是由于此时未加入扩孔剂,所以只能够将很少的β胡萝卜素载入到介孔孔道的内部,大部分的β胡萝卜素仅仅是被吸附于介孔分子筛的表面,又由于介孔分子筛具有巨大的比表面积,促进了β胡萝卜素与空气中的氧气接触,因此更加快了β胡萝卜素的降解速率。当β胡萝卜素与M进行组装后,β胡萝卜素的降解速率明显降低,见图c,说明此时的孔径能够与β胡萝卜素分子大小形状相匹配,β胡萝卜素被组装进入了介孔孔道内,少部分β胡萝卜素吸附于介孔表面,故开始时β胡萝卜素降解较快但由于介孔孔道能够将β胡萝卜素与外界环境隔离,所以组装于介孔孔道内部的β胡萝卜素能够减少并尽量避免与空气中的氧气及水分接触,降解速率减慢,提高了β胡萝卜素的稳定性。结论通过,,TMB扩孔改性制备的介孔纳米材料MCM具有规则的孔道结构,合适的孔径,可以作为β胡萝卜素的药物载体。经过组装,得到了既能保证载体的高载药性,又能有效地提高β胡萝卜素稳定性的β胡萝卜素MCM新型载药。该新型制剂的研究对于提高β胡萝卜素的生物利用度具有十分重要的意义。本课题研究了介孔分子筛MCM作为药物载体的潜在应用,为β胡萝卜素的广泛应用提供了实验依据。参考文献蔡晓湛,贺银凤β胡萝卜素的研究进展J农产品加工学刊,():李建东β胡萝卜素微胶囊化工艺研究D杭州:浙江大学,DonhoweEG,KongFBetacarotene:digestion,microencapsulation,andinvitrobioavailabilityJFoodBioTechnol,,():DiasMG,CamoesMFGF,OliveiraLCarotenoidstabilityinfruits,vegetablesandworkingstandardseffectofstoragetemperatureandtimeJFoodChem,,:秦振平,郭红霞模板法合成有序多孔材料研究进展J化工进展,,():许云强,周国伟,李艳敬有序介孔材料作为药物控释载体的研究进展J化工进展,,():BernardosA,KourimskaLApplicationsofmesoporoussilicamaterialsinfoodareviewJCzechJFoodSci,,():曾琦斐,谭荣喜,王贵华纳米材料及其研究进展J湖南环境生物职业技术学院学报,,():lKresgeCT,LeonowiczME,BeckJSOrderedmesoporousmolecularsievessynthesizedbyaliquidcrystaltemplatemechanismJNature,,():辛勤固体催化剂的研究方法J石油化工,():张君不同孔径介孔分子筛MCM的合成与其吸附性能研究D北京:中国地质大学,ChenL,BaiG,YangR,etalEncapsulationofβcarotenewithinferritinnanocagesgreatlyincreasesitswatersolubilityandthermalstabilityJFoodChem,,:LeeFM,GentryJCDon′toverlookextractivedistillationJChemEngProg,,():HampeMJSelectionofsolventsinliquidliquidextractionaccordingtophysicochemicalaspectsJChemEng,,:责任编辑马超一

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