介孔二氧化硅的应用

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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。
介孔二氧化硅纳米粒子
组员： 袁 源 陈淑文 郭壮
序言
Preface
介孔Si02纳米粒子(mesoporous silica nanoparticles， MSN)具有在2～50 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)。
➢ 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。
➢ 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，还充当控制药物释放的“门卫”。
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➢ 进，一装步载用药H物N阿O霉3进素行用萃于取化和学蚀疗刻法，。得到含有HP的中空介孔二氧化硅壳的纳米材料
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2dsinθ=nλ
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孔径大小
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TEM
TEM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。
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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
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小角度X射线衍射 TEM
低温氮吸附仪
小角度X射线衍射
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、分子 链长度的分析及玻璃化转变温度的 测量。
➢ 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。
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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。
➢ 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。
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MSN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。
➢ 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。
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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”。
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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。
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生物相容性 研究
药物负载
可控药物传输系统
MSN的 靶向功能
药物控释
MSN的 细胞内吞
MSN的生物相容性
➢ 当MSN浓度低于每105个细胞100μg/mL时，细胞的生存能 力和繁殖能力基本不受影响。
➢ 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。
➢ 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。
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基因载体
➢ Victor Lin等报道了以MSNs为载体，进行的 基因转染研究工作。
➢ DNA染色结合流式细胞仪分析→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
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介孔二氧化硅
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MSN药物传输系统的药物控释
药物释放影响 因素
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MSN结构参数 外界刺激
孔径↑药物释放速率↑
孔的连通性 孔的几何形态
如：平行六方孔道释放速度快， 抗菌活性↑
表面性质
“门卫”（各种化学实体）
MSN比表面积 表面的官能团
外界环境（光、pH、还原剂）
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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
溶胶-凝胶法 水热法
微波合成法
溶胶凝胶法
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水热法
➢ 表面活性剂做为模板剂，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。
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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 续质包如裹纯一态层氧连和有其他光活敏性剂氧血组卟分琳，(H可P)的用介于孔光S动iO力2。学由疗于法H。P在紫外照射下产生毒性物
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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。
百度文库
➢ 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。
氢键作用
对药物的负载能力
药物与介孔表面的互相作用
离子键相互相作用 静电互相作用
疏水性互相作用
药物与药物之间的弱互相作用
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
➢ 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。
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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。
连续负载药物可提高最大载药量
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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。
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MSN药物传输系统的药物控释
药物释放
不可控释放 可控释放
进入介质立刻释放药物 药物的释放地点和速度不可控制
有目的性地控制药物的释放地点和速度 通过改变MSN的结构参数．来实现对药物的控制释放
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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。