CN102218143B - 一种水分散性的碳纳米管冻干粉及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及水分散性的碳纳米管冻干粉及其制备方法，可有效解决碳纳米管作为药物载体在制药中的实际需要问题，其解决的技术方案是，该水分散性的碳纳米管冻干粉是由碳纳米管、表面活性剂和冻干保护剂制成，碳纳米管与表面活性剂的重量比为1:2-10，碳纳米管与冻干保护剂的重量比为1:1-10，其制备方法是，将碳纳米管置于表面活性剂水溶液中，经细胞破碎仪超声，再用超声波洗涤机超声，离心，吸取上清液得水分散性的碳纳米管；将上述水分散性的碳纳米管中加入冻干保护剂，振荡，搅拌均匀后冷冻；将上述经冷冻的水分散性碳纳米管取出，迅速置于冷冻干燥机中冷冻干燥，本发明水分散性强。制备条件容易满足，原料来源丰富，成本低，稳定性强，保存期大大延长。

Description

一种水分散性的碳纳米管冻干粉及其制备方法

技术领域

本发明涉及医药，特别是一种水分散性的碳纳米管冻干粉及其制备方法。

背景技术

碳纳米管是由日本科学家饭岛(Iijima)于1991年在高分辨率透射电子显微镜下检验石墨电弧设备中产生的球状碳分子时，意外发现的由管状的同轴纳米管组成的碳分子，因其独特的性质，例如一维的纳米中空结构，大的比径比，巨大的比表面积，超高的机械强度，较低的密度，出众的化学和热稳定性和富电子特征，而被广泛地应用到科研与生产中去，并被科学家称为未来的“超级纤维”。在纳米材料中，包括碳纳米管、碳纳米纤维在内的碳纳米材料一直是近年来国际科学的前沿领域之一。碳纳米管的表面是由sp²碳原子组成，具有大量高度离域的π电子，这些π电子可通过π-π健作用与含有π电子的其他化合物结合得到功能化的碳纳米管，这种结合不会损伤到碳纳米管的π体系。开口碳纳米管可以作为纳米容器，许多分子、离子、金属等可以被吸入管内，如富勒烯等可以被包到碳纳米管中。碳纳米管中填充活性物质如磁性分子，可以对磁性分子起到保护作用，可以有效避免生物环境的干扰，避免降解，降低毒性和副作用，碳纳米管是一个有效的纳米级转运载体。但是碳纳米管的水溶性差，限制了其在生物医学领域的应用。

为此，采用喷雾干燥和真空干燥的表面修饰方法可以有效解决碳纳米管水溶性问题，如用磷脂，寡核苷酸，多肽，蛋白质和糖等对其表面进行修饰。但是所得到的水分散性的碳纳米管大多是一种非均相的混合分散体，在存储的过程中可能会发生物理性质或化学性质的改变，如絮凝，沉淀等，保质期短，因此不能满足制备药物上作为载体的实际需要。

发明内容

针对上述情况，为克服现有技术的缺陷，本发明的目的就是提供一种水分散性的碳纳米管冻干粉及其制备方法，可有效解决碳纳米管作为药物载体在制药中的实际需要问题。

本发明解决的技术方案是，该水分散性的碳纳米管冻干粉是由碳纳米管、表面活性剂和冻干保护剂制成，碳纳米管与表面活性剂的重量比为1:2-10，碳纳米管与冻干保护剂的重量比为1:1-10（或表示为碳纳米管：表面活性剂：冻干保护剂=1:2-10:1-10），所述的表面活性剂为十二烷基硫酸钠、泊洛沙姆188、大豆卵磷脂、聚乙二醇硬脂酸脂、聚乙烯吡咯烷酮的一种，所述的冻干保护剂为乳糖、蔗糖、海藻糖、甘露醇的一种或两种的混合物。

其制备方法包括以下步骤：

1）将碳纳米管置于浓度为2-10mg/ml的表面活性剂水溶液中，经细胞破碎仪超声5-15次，每次3s，超声功率为200-600瓦，再用超声波洗涤机超声0.5-2h，离心，转速为4000-10000rpm，离心时间为5-30min，吸取上清液得水分散性的碳纳米管；

2）将上述水分散性的碳纳米管中加入冻干保护剂，25-30℃振荡15-60min，搅拌均匀后置于-20℃冰箱中冷冻2-5h，再置于-80℃冰箱中冷冻4-12h；

3）将上述经冷冻的水分散性碳纳米管取出，迅速置于冷冻干燥机中冷冻干燥24-48h。

具体实施方式

以下结合实施例对本发明的具体实施方式作详细说明。

实施例1

本发明在具体实施中，所述的水分散性的碳纳米管冻干粉是由10 mg碳纳米管、21mg泊洛沙姆188和 50mg重量比为蔗糖：乳糖=2:1的冻干保护剂制成，其制备方法是：

碳纳米管10 mg置于10 ml浓度为2.1 mg/ml的泊洛沙姆188水溶液中，使用细胞破碎仪经400w超声10次，每次3s，再用超声波洗涤器超声30 min，经4000rpm离心15 min，吸取上清液得水分散性的碳纳米管，测得碳纳米管的浓度为0.832mg/ml，粒径为186.23±12.5 nm，Zeta电位为-10.16±1.23 mv；

将上述水分散性的碳纳米管中加入重量比为蔗糖：乳糖=2:1的冻干保护剂50mg，25℃振荡20min，搅拌均匀后置于-20℃冰箱中4h，再置于-80℃冰箱中冷冻8h；

将上述经冷冻的水分散性碳纳米管取出，迅速置于冷冻干燥机中进行冷冻干燥24h，得到泊洛沙姆分散的水分散性碳纳米管冻干粉；取冻干粉加水复溶，轻轻振摇后测得其SWNTs的含量为0.831 mg/ml，粒径为188.35±13.6nm，Zeta电位为-10.23±1.05mv；复溶后放置48h后测其SWNTs含量为0.831 mg/ml，粒径为188.23±10.5 nm，Zeta电位为-10.45±1.22 mv；将冻干粉4℃放置6个月后，观察其形态未发生改变，复溶后测其SWNTs含量为0.830 mg/ml，粒径为186.43±11.22 nm，Zeta电位为-10.23±0.97 mv。

实施例2

本发明在具体实施中，所述的水分散性的碳纳米管冻干粉还可以由8 mg碳纳米管、40mg  聚乙烯吡咯烷酮和 40mg海藻糖制成，其制备方法是：

碳纳米管8mg置于4 ml浓度为10 mg/ml的聚乙烯吡咯烷酮水溶液中，使用细胞破碎仪经600w超声15次，每次3s，超声波洗涤器超声30 min，经4000 rpm离心15 min，吸取上清液得水分散性的碳纳米管，测得碳纳米管的浓度为0.724 mg/ml，粒径为177.23±9.43 nm，Zeta电位为-12.09±0.87 mv；

将上述水分散性的碳纳米管中加入海藻糖40mg作为冻干保护剂，30℃振荡30min，搅拌均匀后置于-20℃冰箱中3h，再置于-80℃冰箱中冷冻10h；

将上述经冷冻的水分散性碳纳米管取出，迅速置于冷冻干燥机中进行冷冻干燥24h，得到聚乙烯吡咯烷酮（PVPk30）分散的水分散性碳纳米管冻干粉；取冻干粉加水复溶，轻轻振摇后测得其SWNTs的含量为0.725 mg/ml，粒径为180.45±11.3nm，Zeta电位为-12.56±1.20mv；复溶后放置48h后测其SWNTs含量为0.725 mg/ml，粒径为183.45±10.5 nm，Zeta电位为-10.45±1.22 mv；将冻干粉4℃放置6个月后，观察其形态未发生改变，复溶后测其SWNTs含量为0.725 mg/ml，粒径为179.38±12.35 nm，Zeta电位为-13.56±1.26 mv。

实施例3

本发明在具体实施中，所述的水分散性的碳纳米管冻干粉还可以由7 mg碳纳米管、15mg十二烷基硫酸钠和 30mg甘露醇制成，其制备方法是：

碳纳米管7mg置于3 ml浓度为5mg/ml的十二烷基硫酸钠水溶液中，使用细胞破碎仪经500w超声9次，每次3s，超声波洗涤器超声45 min，经6000 rpm离心20 min，吸取上清液得水分散性的碳纳米管。测得碳纳米管的浓度为1.274 mg/ml，粒径为184.56±7.25 nm，Zeta电位为-30.26±2.31 mv；

将上述水分散性的碳纳米管中加入甘露醇30mg作为冻干保护剂，25℃振荡25min，搅拌均匀后置于-20℃冰箱中4h，再置于-80℃冰箱中冷冻12h；

将上述经冷冻的水分散性碳纳米管取出，迅速置于冷冻干燥机中进行冷冻干燥36h，得到十二烷基硫酸钠（SDS）分散的水分散性碳纳米管冻干粉；取冻干粉加水复溶，轻轻振摇后测得其SWNTs的含量为1.273 mg/ml，粒径为181.67±9.13 nm，Zeta电位为-30.26±3.20mv；复溶后放置48h后测其SWNTs含量为1.273 mg/ml，粒径为182.55±9.24 nm，Zeta电位为-29.68±2.09 mv；将冻干粉4℃放置6个月后，观察其形态未发生改变，复溶后测其SWNTs含量为1.273 mg/ml，粒径为182.90±11.56 nm，Zeta电位为-31.26±3.16 mv。

在做上述实验的同时，还采用其他表面活性剂和冻干保护剂做了类似的实验，均取得了相同和相类似的结果，表面本发明组分科学，方法稳定可靠，其他实验结果不再一一列举。

本发明水分散性的碳纳米管冻干粉是对碳纳米管作为药物载体上的创新，具有穿透细胞及光热转换特性。将其与化学药物相结合，可起到化疗与热疗相结合的肿瘤治疗作用，显著提高药物的抗肿瘤活性。碳纳米管表面的特殊结构，使其可与多种活性分子结合。

以水分散性碳纳米管冻干粉为载体，将抗癌药物Docetaxel吸附于其表面，制备了SWNTs-DTX-NGR，经试验，有效提高了水难溶性药物Docetaxel在水中的溶解度，可携带药物分子进入细胞内部，显著提高Docetaxel的抗肿瘤效应；

经单因素实验，以载药率及包封率为指标，制备的SWNTs-DTX-NGR平均粒径为182.8±2.8 nm，Zeta电位为-12.06±0.71 nm；

经细胞药效学实验，PVP_k30分散的碳纳米管体外肿瘤细胞毒性很低，SWNTs-DTX-NGR对人前列腺癌细胞的增殖有抑制作用，并且具有时间浓度依赖性。经细胞摄取实验，SWNTs-DTX-NGR在1h内可转运到人前列腺癌细胞内部；

以SD大鼠为模型动物，采用HPLC法测定Docetaxel在大鼠血浆中的浓度，研究了SWNTs-DTX-NGR体内药物动力学，结果与Docetaxel对照液相比，SWNTs-DTX-NGR具有一定的缓释作用，平均滞留时间是对照液的2倍；

经组织分布试验，SWNTs-DTX-NGR大大增加了肝、肺、脾、肾及肿瘤组织中的药物浓度，相对靶向效率指数表明SWNTs-DTX-NGR具有明显的肿瘤靶向性，同时对肝脏也有一定的靶向性。经体内抑瘤实验，SWNTs-DTX-NGR较Docetaxel对照液相比有更强的治疗作用。

以人的前列腺癌细胞株为对象，经碳纳米管冻干粉的体外细胞毒性试验，即将碳纳米管冻干粉加水复溶后，以培养基稀释成浓度为8.2、16.4、32.8、65.5、130.0 μg/ml的碳纳米管溶液，与人前列腺癌细胞作用72h，SRB法检测其细胞活性，求得IC50=87.787μg/ml，表明碳纳米管冻干粉体外毒性很低。

以小鼠为模型动物，考察其体内急性毒性。对40只动物随机分为2组，即给药组和空白对照组，每组20只，雌雄各半。给药组小鼠单次腹腔注射给予加水复溶后的碳纳米管冻干粉，最大腹腔注射剂量为12.86mg/kg，空白对照组腹腔注射给予等体积的生理盐水。给药体积为20ml/kg。停药后严密观察动物在14d内的体重和一般状态变化，结果显示，与空白对照组比较，给药组小鼠在单次给药后5min左右，表现活动减少或静卧，约0.5h后逐渐恢复正常活动，外观检查未见异常。自给药后次日始至试验期满每天观察各组小鼠外观、行为和尿、粪排泄物及眼、口、鼻、肛门分泌物未见异常。给药组小鼠体重在给药后呈正常增长，取给药当日及给药后3、7、14d小鼠体重统计显示，给药组小鼠体重与空白对照组比较无显著性差异（P＞0.05）。实验过程中小鼠未出现死亡。14d后剖检各组动物，肉眼观查小鼠心、肝、肾、肺、脑、脾、胸腺等重要器官的毒性反应情况，无明显异常发现，表明本发明水分散性的碳纳米管冻干粉无毒性或毒性很小。

本发明建立了以碳纳米管及药用表面活性剂为原料制备碳纳米管冻干粉的方法，本发明的碳纳米管冻干粉不对碳纳米管本身的特性进行破坏，测试结果表明，水分散性强，对生物体毒性很低，稳定性强，质量好，可长期保存，使用方便，制备条件容易满足，原料来源丰富，成本低，复溶后的碳纳米管混悬液粒径均匀，预期可用于化学药物、蛋白质、核酸的转运载体，是药物制备上的一大创新。本发明与现有技术相比具有以下突出的有益技术效果：

1）本发明所提供的碳纳米管冻干粉没有对碳纳米管本身的特性进行破坏，水分散性强。制备条件容易满足，原料来源丰富，成本低。

2）由于在冻结的状态下进行干燥，所得的碳纳米管冻干粉体积、形状不变，基本保持了原来的结构，没有发生浓缩现象，并且疏松多孔，且呈海绵状结构，复溶后各组分的含量未发生变化，粒径较小，分布均匀，达到了冻干前得水平。

3）冷冻干燥除去物质中95～99%的水分，使所制得的碳纳米管冻干粉稳定性强，保存期大大延长。

Claims (4)

1.一种水分散性的碳纳米管冻干粉，其特征在于，由碳纳米管、表面活性剂和冻干保护剂制成，碳纳米管与表面活性剂的重量比为1:2-10，碳纳米管与冻干保护剂的重量比为1:1-10，所述的表面活性剂为十二烷基硫酸钠、泊洛沙姆188、大豆卵磷脂、聚乙二醇硬脂酸脂、聚乙烯吡咯烷酮的一种，所述的冻干保护剂为乳糖、蔗糖、海藻糖、甘露醇的一种或两种的混合物，其中：

1）将碳纳米管置于浓度为2-10mg/ml的表面活性剂水溶液中，经细胞破碎仪超声5-15次，每次3s，超声功率为200-600瓦，再用超声波洗涤机超声0.5-2h，离心，转速为4000-10000rpm，离心时间为5-30min，吸取上清液得水分散性的碳纳米管；

2）将上述水分散性的碳纳米管中加入冻干保护剂，25-30℃振荡15-60min，搅拌均匀后置于-20℃冰箱中冷冻2-5h，再置于-80℃冰箱中冷冻4-12h；

3）将上述经冷冻的水分散性碳纳米管取出，迅速置于冷冻干燥机中冷冻干燥24-48h。

2.根据权利要求1所述的水分散性的碳纳米管冻干粉，其特征在于，由所述的碳纳米管10 mg、泊洛沙姆188  21mg和重量比为蔗糖：乳糖=2:1的冻干保护剂50mg制成，其中，将碳纳米管10 mg置于10 ml浓度为2.1 mg/ml的泊洛沙姆188水溶液中，使用细胞破碎仪经400w超声10次，每次3s，再用超声波洗涤器超声30 min，经4000rpm离心15 min，吸取上清液得水分散性的碳纳米管，碳纳米管的浓度为0.832mg/ml，粒径为186.23±12.5 nm；将上述水分散性的碳纳米管中加入重量比为蔗糖：乳糖=2:1的冻干保护剂50mg，25℃振荡20min，搅拌均匀后置于-20℃冰箱中4h，再置于-80℃冰箱中冷冻8h；将上述经冷冻的水分散性碳纳米管取出，迅速置于冷冻干燥机中进行冷冻干燥24h，得到泊洛沙姆分散的水分散性碳纳米管冻干粉。

3.根据权利要求1所述的水分散性的碳纳米管冻干粉，其特征在于，由所述的碳纳米管8 mg、聚乙烯吡咯烷酮40mg和海藻糖40mg制成，其中，将碳纳米管8mg置于4 ml浓度为10 mg/ml的聚乙烯吡咯烷酮水溶液中，使用细胞破碎仪经600w超声15次，每次3s，超声波洗涤器超声30 min，经4000 rpm离心15 min，吸取上清液得水分散性的碳纳米管，碳纳米管的浓度为0.724 mg/ml，粒径为177.23±9.43 nm；将上述水分散性的碳纳米管中加入海藻糖40mg，30℃振荡30min，搅拌均匀后置于-20℃冰箱中3h，再置于-80℃冰箱中冷冻10h；将上述经冷冻的水分散性碳纳米管取出，迅速置于冷冻干燥机中进行冷冻干燥24h，得到聚乙烯吡咯烷酮分散的水分散性碳纳米管冻干粉。

4.根据权利要求1所述的水分散性的碳纳米管冻干粉，其特征在于，由所述的碳纳米管7 mg、十二烷基硫酸钠15mg和甘露醇30mg制成，其中，将碳纳米管7mg置于3 ml浓度为5mg/ml的十二烷基硫酸钠水溶液中，使用细胞破碎仪经500w超声9次，每次3s，超声波洗涤器超声45 min，经6000 rpm离心20 min，吸取上清液得水分散性的碳纳米管，碳纳米管的浓度为1.274 mg/ml，粒径为184.56±7.25 nm；将上述水分散性的碳纳米管中加入甘露醇30mg，25℃振荡25min，搅拌均匀后置于-20℃冰箱中4h，再置于-80℃冰箱中冷冻12h；将上述经冷冻的水分散性碳纳米管取出，迅速置于冷冻干燥机中进行冷冻干燥36h，得到十二烷基硫酸钠分散的水分散性碳纳米管冻干粉。