包含核壳纳米结构的静电纺PVA纳米纤维的设计和性能研究

文件类型:原始研究文章

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1 ShahidBahonar克尔曼大学理学院化学系,伊朗克尔曼

2 先进技术研究生院纳米技术系,伊朗克尔曼

抽象

目的: 这项工作的目的是基于磁性纳米纤维的纳米载体的设计和性能研究,该磁性纳米纤维包含核-壳纳米结构,用于通过测量其在不同pH值下的药物释放来柔红霉素(DAN)的抗癌药物递送。
Methods: Fe3O4 nanoparticles and Fe3O4 @ SiO2核壳纳米结构是通过 coprecipitation and Stöber方法。采用静电纺丝法制备了具有核壳纳米结构的聚乙烯醇和柔红霉素抗癌药的复合纳米纤维。通过SEM,XRD,VSM和FTIR对纳米结构进行了表征。通过UV-Vis分光光度计在不同pH下研究药物释放。
结果:结果表明,在pH = 6.0时的体外药物释放比在pH = 7.4时的药物释放更有希望和更快。释放曲线的拟合方程与Peppas模型相对应。
结论:可以得出结论,提出的纳米载体能够响应pH值的变化,这在药物靶向输送中是一个优势。而且,该方法具有磁敏感性,高载药量和持续释放的优点。

关键词


介绍

今天,巨蟹座正在上升。因此,为改善癌症治疗做出了惊人的努力。化学疗法和放射疗法是基本的临床治疗方法[1-4]。化疗药物具有很高的细胞毒性,口服和静脉内给药都会对人体造成损害[5,6]。药物输送系统是在实际情况下管理更多性能和安全治疗的有用策略[7,8]。为此可以使用不同的方法。但是有人提出在磁性纳米结构存在下靶向药物递送是一种有效的方法[9]。这是由于良好的生物安全性,所需材料的可承受性以及目标药物的靶向递送能力[10,11]。核壳型纳米结构由核(内部材料)和壳(外层材料)组成[12]。每个核和壳都可以具有金属导电性,半导电性,磁性等特性。从经济的角度来看,核-壳纳米结构很重要,因为有价值的材料可以被廉价的材料覆盖并减少其消耗[13]。核-壳结构中的核可以增加表面水平,改善表面性能,提高性能并降低消耗昂贵材料的成本。在磁核表面上创建合适的有机或无机涂层可延长这些颗粒用于药物输送的寿命[14]。可通过共溶解溶液构建基于生物可适应性聚合物的载有药物的纳米纤维[15,16]。

在这项工作中,我们基于包含磁性核-壳纳米结构的电纺纳米纤维设计并制备了生物相容性纳米载体。在两种不同的pH值下评估了DAN转运和药物向癌细胞释放的纳米载体性能。最后,通过不同的方法和方程对药物释放动力学进行了研究。

材料和方法

Fe使用Sonorex RK255超声波水浴 3O4 合成。静电纺丝系统购自Fanavaran Nano Meghyas(Fnm-ES1000,伊朗德黑兰),使用Shimadzu系统FT-IR 8400分光光度计使用KBr颗粒记录光谱,产品XRD数据由Rigaku D-max C III记录,使用Ni过滤的Cu K的X射线衍射仪α 辐射(日本东京)。 在室温下使用振动样品磁力计(VSM)检查产品的磁性能。 使用Varian扫描分光光度计(CARY 50 Conc)(Agilent,American)。样品通过镀金的SEM(Hitachi S-9220)进行表征。

六水合氯化铁(III)(FeCl3.6H2O),二水合硫酸铁(II)(FeSO4.2H2O)和TEOS购自Sigma-Aldrich。 PVA和氢氧化铵(NH4OH)购自Merck。柔红霉素的抗癌药是从Pharmacia Italia S.P.A.

核-壳纳米结构的制备

根据我们以前的工作[17],合成了磁性纳米颗粒作为核。3.6H2O和FeSO4.2H2在氮气下溶于蒸馏水大气层。 Then, NH3 在超声波下将20%的溶液添加到溶液中。用磁铁收集沉淀物,并用蒸馏水和乙醇洗涤几次,然后干燥。3O4@SiO2通过St合成纳米颗粒öber法[18]。含铁的乙醇溶液3O4粉末超声检查半小时。然后,将5mL氨水加入到溶液中。将乙醇中的20 mL稀释的TEOS滴加到上一步溶液中,并将所得混合物在室温下搅拌。磁性铁3O4@SiO2通过磁分离收集纳米颗粒,并用水和乙醇洗涤,并在24℃下干燥48小时。

担载DAN的纳米载体的设计与制备

通过分散10mg Fe制备静电纺丝用聚合物溶液3O4@SiO2 5 mL DAN中的纳米结构。超声处理15分钟后,在室温下将悬浮液添加到各种浓度的PVA水溶液(5-14%w / v)中。根据我们以前的工作[19]将这些溶液进行电纺丝。将不同浓度的复合溶液放入5 mL注射器中,该注射器连接到直径18规(0.216 mm)的针上。将注射器固定在收集器的15厘米距离处,收集器用铝箔覆盖。电压20±将0.1和0.5mL min-1的溶液流量施加到箔上以制备纤维。

从载有DAN的纳米载体释放药物的研究

为了研究基于pH的靶向作用,在37和7.4的pH(血液和肿瘤环境相同)下测试了DAN从靶向纳米纤维中的释放±0.5将负载DAN的纳米载体转移到透析袋中,并置于20mL的PBS中。在每个选定的时间间隔中,从溶液中取出3.0 mL,并在480 nm下进行UV-Vis测定,以确定柔红霉素的含量,并计算释放的药物量。

结果与讨论

纳米结构表征

图1比较了铁的FTIR光谱3O铁纳米颗粒3O4@SiO2 纳米结构。 Fe-O的特征谱带在573 cm−1 在图1a中表示Fe3O4合成。高峰在1618和3389厘米−1 图1b中Si-O的特征带和Fe-O的键合基团的存在证实了核-壳纳米结构的形成。

还有,铁3O4@SiO2 XRD表征了纳米结构的结晶结构。如图2所示,(220),(311),(400),(422),(511),(440)和(533)处反射峰的位置和相对强度证明了Fe的立方结构3O4 (ICSD CARD#01-072-2303)。用无定形二氧化硅相涂覆磁性纳米粒子不会在XRD图谱中产生任何新的峰。

铁的磁性3O4和铁3O4@SiO2纳米结构使用
VSM在室温下。图3表明Fe的磁化(Ms)值3O4@SiO2低于铁3O4,因为磁芯随后涂有SiO2Fe的Ms值3O4@SiO2约55克-1足以用于目标投放。

在5-14%w / v PVA溶液的浓度范围内研究了浓度对纳米纤维形态的影响。在低于和高于5和14w / v%的浓度下,没有获得可接受的纤维。图4示出了浓度为6%w / v,含有2%wt的PVA纳米纤维的SEM图像。纳米结构和3.4%wt。 DAN尊重铝箔上的聚合物。如图所示,以6w / v%的浓度,获得的纳米纤维具有光滑的颗粒状结构,平均直径为60nm。

图5(a,b)显示了a)柔红霉素和b)含有柔红霉素的纳米纤维的UV-Vis光谱。纯净的达努比丁的紫外光谱在480 nm波长处显示最大吸收,而含DAN的复合纳米纤维的紫外光谱在最大吸收处显示20 nm偏移,表明药物与纳米载体表面共价键结合并形成氢键NH的2 与PVA的OH组结合使用。

pH = 6.0和7.4时DAN的体外释放

在PBS(pH 6和7)中于37考察了负载DAN的纳米载体的释放 C。如图6a所示,首先在PBS(pH 6)中观察到DAN释放的初始上升,然后在5天内缓慢释放。 DAN从纳米载体释放的最初上升是由于DAN分子被吸收到纳米载体表面而引起的。而且,在120小时内从纳米载体释放的DAN的总量为约45%。图6b示出了DAN在37℃从PBS(pH 7.4)中的纳米载体的释放曲线。 C。 120小时后,从负载DAN的纳米载体的总释放量为约35%。

根据结果​​,pH和时间是药物释放的有效参数。在pH = 7.4时,相对于pH = 6.0,药物的释放缓慢且稳定。在pH值为7.4时,大多数DAN会长时间保留在纳米载体中。因此,对正常组织的副作用减少了。在pH = 6.0时,DAN释放得更快,尤其导致癌细胞的改善。

药物释放动力学

通过拟合各种标准模型来研究药物释放的动力学,并表征了零阶,一阶和Peppas方程的数学方程[20]。表1示出了用于方程式和相关系数的计算和比较的结果。清楚地观察到,使用Peppas模型可以更好地描述药物从纳米载体中的释放,其中相关系数大于0.99。

结论

在这项研究中,包含磁性核-壳纳米结构的电纺复合纳米纤维被提议作为纳米载体用于柔红霉素抗癌药物的靶向给药。为此,磁性铁3O4用斯托伯法将纳米颗粒涂在二氧化硅壳上,然后通过电纺丝法制备包含这些纳米颗粒和DAN药物的聚乙烯醇复合纳米纤维。拟议的纳米载体对DAN的释放研究表明,在pH = 6时药物的释放速率高于pH = 7.4时的释放值和释放动力学与Peppas模型相对应。因此,可以得出结论,该纳米载体能够响应pH变化,这在药物的靶向递送中是有利的。而且,该方法具有磁敏性,高药物负载能力(由于药物基团与围绕磁铁矿纳米颗粒的二氧化硅层之间的氢键结合)和持续释放的优点。由于表面体积比,纳米纤维会干扰药物,因此降低了释放速率。

利益冲突

作者宣称他们没有利益冲突。

 

 
12 ChaudhuriRG,PariaS。核-壳纳米粒子:类,性质,合成机理,表征和应用。化学评论,2012; 112:2373-2433。
17.ShamspurT,Fathirad F,GhanbariM,Esmaeili MahaniS。以阿霉素为靶向纳米载体的电纺丝PVA磁性纳米纤维的合成及细胞毒性评价。纳米医学研究,2017; 2(4):224-229。
18.双胍官能化铁的AlizadehA,KordestaniD3O4/二氧化硅2 磁性纳米粒子:高效的多相有机超碱催化剂,用于水性介质中的各种有机转化。材料化学学报,2012; 33:38-42。
19. MehrabiF,ShamspurT,MostafaviA,SaljooqiA,FathiradF。醋酸纤维素纳米纤维的合成及其在某些药物释放中的应用。纳米医学研究杂志,2017; 2(3):199-207。