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氧化石墨烯負載苯那普利的復合物及其制備方法和應用.pdf

摘要
申請專利號:

CN201310043085.7

申請日:

2013.02.04

公開號:

CN103120641B

公開日:

2014.12.10

當前法律狀態:

授權

有效性:

有權

法律詳情: 授權|||實質審查的生效IPC(主分類):A61K 9/00申請日:20130204|||公開
IPC分類號: A61K9/00; A61K31/55; A61K47/04; A61P9/12 主分類號: A61K9/00
申請人: 中國人民解放軍國防科學技術大學
發明人: 王建方; 龍吟; 陶呈安; 鄒曉蓉; 朱慧; 肖華; 盛麗萍; 胡智宏
地址: 410073 湖南省長沙市硯瓦池正街47號中國人民解放軍國防科學技術大學理學院
優先權:
專利代理機構: 湖南兆弘專利事務所 43008 代理人: 趙洪;楊斌
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法律狀態
申請(專利)號:

CN201310043085.7

授權公告號:

103120641B||||||

法律狀態公告日:

2014.12.10|||2013.06.26|||2013.05.29

法律狀態類型:

授權|||實質審查的生效|||公開

摘要

本發明公開了一種氧化石墨烯負載苯那普利的復合物及其制備和應用,復合物中包含氧化石墨烯和苯那普利,氧化石墨烯的表面含有羥基、羰基、羧基、環氧基中的一種或多種,苯那普利吸附于氧化石墨烯分子表面。本發明的制備方法包括以下步驟:將氧化石墨烯和苯那普利溶液以一定體積比混合均勻,振蕩過夜,再將混合溶液以一定轉速離心,取沉淀,冷凍干燥處理得到氧化石墨烯-藥物復合物。本發明的復合物可作為苯那普利的緩釋載體進行應用。本發明的復合物負載率高、釋放具有pH響應特性,其應用可以延長苯那普利作用時間,減少用藥頻率。

權利要求書

權利要求書一種氧化石墨烯負載苯那普利的復合物,其特征在于:所述復合物中包含氧化石墨烯和苯那普利,所述氧化石墨烯的表面含有羥基、羰基、羧基、環氧基中的一種或多種,所述苯那普利吸附于氧化石墨烯分子表面。
根據權利要求1所述的氧化石墨烯負載苯那普利的復合物,其特征在于:所述氧化石墨烯對苯那普利的負載量為0.8mg/mg~1.3mg/mg。
根據權利要求1或2所述的氧化石墨烯負載苯那普利的復合物,其特征在于:所述復合物為餅狀復合物。
根據權利要求1或2所述的氧化石墨烯負載苯那普利的復合物,其特征在于:所述復合物對其中包含的苯那普利的釋放具有pH響應特性,所述pH響應特性是指隨著pH值的降低,其釋放時間和釋放量不斷增加。
一種氧化石墨烯負載苯那普利的復合物的制備方法,包括以下步驟:分別配制氧化石墨烯溶液和苯那普利溶液,將二者以1∶0.5~2的體積比混合均勻,振蕩過夜,再將混合溶液以3000rpm~10000rpm的轉速離心5min~30min,取沉淀,冷凍干燥處理得到氧化石墨烯?藥物復合物。
根據權利要求5所述的制備方法,其特征在于,所述氧化石墨烯溶液的制備包括以下步驟:
(1)生成石墨層間化合物:向反應容器中加入提前混勻的高純石墨和高錳酸鉀的混合物,所述高純石墨和高錳酸鉀的質量比為1∶3~9,然后緩慢加入混合酸液并不停攪拌,控制攪拌溫度在0℃~15℃,攪拌時間為5min~20min,得到石墨層間化合物;
(2)石墨層間化合物的氧化:將步驟(1)得到的石墨層間化合物轉至油浴中緩慢升溫至40℃~80℃,反應10h~20h,完成氧化過程;
(3)氧化石墨層間化合物的水解:將步驟(2)得到的氧化石墨層間化合物冷卻至室溫,然后滴加雙氧水進行水解,攪拌均勻;
(4)純化:將步驟(3)后得到的溶液先進行低速離心并取上清液,然后對上清液進行高速離心并取沉淀;將沉淀溶于水中進行超聲處理,再進行透析純化,直至析出液為中性且檢測不出SO42?離子,即得到氧化石墨烯溶液。
根據權利要求6所述的制備方法,其特征在于:所述步驟(1)中,混合酸液是指濃硫酸與磷酸的混合液,且濃硫酸與磷酸的體積比為5~10∶1。
根據權利要求6所述的制備方法,其特征在于:所述步驟(4)中,低速離心是指轉速控制在1000rpm~3000rpm,高速離心是指轉速控制在3000rpm~10000rpm;透析時用到的透析袋的截留分子量為8000 Da~12000 Da。
根據權利要求5~8中任一項所述的制備方法,其特征在于:所述氧化石墨烯溶液的濃度控制在1mg/mL~10mg/mL,所述苯那普利溶液的濃度控制在10mg/mL~50mg/mL。
一種如權利要求1~4中任一項所述的或者如權利要求5~9中任一項制備方法得到的復合物作為苯那普利緩釋載體的應用。

說明書

說明書氧化石墨烯負載苯那普利的復合物及其制備方法和應用
技術領域
本發明涉及一種含藥物成分的復合物及其制備和應用,尤其涉及一種藥物緩釋載體及其制備方法和應用。
背景技術
苯那普利是一種廣譜降血壓藥,它能擴張動脈與靜脈,降低周圍血管阻力或后負荷,減低肺毛細血管嵌壓或前負荷,也降低肺血管阻力,從而改善心排血量,增加運動耐量和延長運動時間。
苯那普利水溶性較差,不能在水中很好溶解,這就導致無法在人體內很好地被吸收;其藥物利用率低,且吸收效果不好,僅為37%左右,在體內大多以轉化或排泄的方式流失,很難起到應有的藥效。苯那普利在體內達峰時間短,約為0.5~1小時,藥效持續時間較短,需要重復給藥。苯那普利存在的水溶性較差、利用率低、藥效持續時間較短等問題為該藥的臨床應用帶來了諸多不便,因此,迫切需要研究和發展藥物載體對其進行負載以解決以上問題。開發新的緩釋載體對于提高苯那普利利用率、減少給藥頻率有重要作用。
氧化石墨烯是石墨烯重要的衍生物,它在石墨烯片層表面及邊緣接有環氧基、羰基、羥基、羧基等含氧官能團。氧化石墨烯保留了石墨烯的一些優異特性,如巨大的比表面積、大量的π?π結合位點等。氧化石墨烯保留了石墨烯的六元碳骨架,使其表面可以提供大量的π?π結合位點;能與含有苯環尤其是大量連續苯環的分子結合。氧化石墨烯還具有許多新特性,如氧化石墨烯表面的含氧官能團奪取了同層碳環中可移動的π電子,使得部分碳原子形成的大π鍵斷裂,從而造成氧化石墨烯失去了傳導電子的能力,導電性明顯下降;同時,這些含氧官能團的存在,使得不同片層的官能團之間產生相互排斥的作用,而氧原子的引入又使其可以與水形成氫鍵,因而與石墨烯相比,它可以在水中較好地分散,親水性大大高于石墨烯。
氧化石墨烯所具備的特性使其在生物醫學領域具有較好的應用潛力,這引起了研究人員的極大興趣,如果能將氧化石墨烯與苯那普利進行復合,這對于解決苯那普利在現有給藥方式中存在的問題將具有重要意義。
發明內容
本發明要解決的技術問題是克服現有技術的不足,提供一種負載率高、釋放具有pH響應特性的氧化石墨烯負載苯那普利的復合物,還相應提供一種氧化石墨烯負載苯那普利的復合物的制備方法和應用,通過應用本發明的氧化石墨烯負載苯那普利的復合物,可以延長藥物作用時間,減少用藥頻率。
為解決上述技術問題,本發明提出的技術方案為一種氧化石墨烯負載苯那普利的復合物,所述復合物中包含氧化石墨烯和苯那普利,所述氧化石墨烯的表面含有羥基、羰基、羧基、環氧基中的一種或多種,所述苯那普利吸附于氧化石墨烯分子表面。
本發明的上述技術方案主要基于以下原理:苯那普利的兩個苯環分別位于不同的平面,由于氧化石墨烯強烈的π?π共軛作用,兩個苯環分別被吸附到相鄰氧化石墨烯片層上(后續鍵長計算結果與實驗事實相符);氧化石墨烯上的?OH和?COOH則與苯那普利上的?NH?和?COOH基團產生氫鍵,加強了它們之間的作用力,而氫鍵不穩定,在一定情況下(如pH變化)會加強或減弱,這就為苯那普利的選擇性剝離提供了可能,這也是氧化石墨烯作為藥物緩釋載體進而得到本發明復合物的基礎(參見圖6)。
上述的氧化石墨烯負載苯那普利的復合物,所述氧化石墨烯對苯那普利的負載量優選為0.8mg/mg~1.3mg/mg。
上述的氧化石墨烯負載苯那普利的復合物,所述復合物優選為餅狀復合物。
上述的氧化石墨烯負載苯那普利的復合物,優選的,所述復合物對其中包含的苯那普利的釋放具有pH響應特性,即隨著pH值的降低,其釋放時間和釋放量不斷增加。在強酸性條件下釋放量最大,且持續釋放時間長達24小時,而在堿性或中性環境下釋放較少。因而在后續的藥物載體應用中,特別適合用于在胃中釋放并發揮藥效,且用藥間隔可以長達一天。
作為一個總的技術構思,本發明還提供一種氧化石墨烯負載苯那普利的復合物的制備方法,包括以下步驟:分別配制氧化石墨烯溶液和苯那普利溶液,將二者以1∶0.5~2的體積比混合均勻,振蕩過夜,再將混合溶液以3000rpm~10000rpm的轉速離心5min~30min,取沉淀,冷凍干燥處理得到氧化石墨烯?藥物復合物。
上述的制備方法中,作為進一步的改進,本發明利用改進的氧化法制備含氧官能團豐富、親水性好的氧化石墨烯;具體的,所述氧化石墨烯溶液的制備優選包括以下步驟:
(1)生成石墨層間化合物:向反應容器中加入提前混勻的高純石墨和高錳酸鉀的混合物,所述高純石墨和高錳酸鉀的質量比為1∶3~9,然后緩慢加入混合酸液并不停攪拌,控制攪拌溫度在0℃~15℃,攪拌時間為5min~20min,得到石墨層間化合物;
(2)石墨層間化合物的氧化:將步驟(1)得到的石墨層間化合物轉至油浴中緩慢升溫至40℃~80℃,反應10h~20h,完成氧化過程;
(3)氧化石墨層間化合物的水解:將步驟(2)得到的氧化石墨層間化合物冷卻至室溫,然后滴加雙氧水進行水解,攪拌均勻;
(4)純化:將步驟(3)后得到的溶液先進行低速離心并取上清液,然后對上清液進行高速離心并取沉淀;將沉淀溶于水中進行超聲處理,再進行透析純化,直至析出液為中性且檢測不出SO42?離子,即得到氧化石墨烯溶液。
上述的制備方法,所述步驟(1)中,混合酸液優選是指濃硫酸與磷酸的混合液,且濃硫酸與磷酸的體積比優選為5~10∶1。
上述的制備方法,所述步驟(4)中,低速離心優選是指轉速控制在1000rpm~3000rpm,高速離心優選是指轉速控制在3000rpm~10000rpm。
上述的制備方法,所述步驟(4)中,透析時用到的透析袋的截留分子量優選為8000 Da~12000 Da。
上述的制備方法,所述氧化石墨烯溶液的濃度優選控制在1mg/mL~10mg/mL,所述苯那普利溶液的濃度優選控制在10mg/mL~50mg/mL。
作為一個總的技術構思,本發明還提供一種上述的氧化石墨烯負載苯那普利的復合物作為苯那普利緩釋載體的應用。
本發明的上述技術方案主要基于以下原理:首先,經過我們的反復驗證,本發明制得的氧化石墨烯不能進入生物細胞,并沒有表現明顯的毒性作用,生物細胞能在氧化石墨烯薄膜上良好生長,這說明氧化石墨烯在細胞水平上是相當安全的;當氧化石墨烯濃度達到100 mg/L時,細胞的相對存活率仍接近100%,這說明其毒性相當低;另外,小尺寸的氧化石墨烯具有一定的溶血能力,而較大尺寸和團聚后的氧化石墨烯溶血能力降低,進一步采用殼聚糖修飾后,溶血性幾乎完全消除,采用胎牛血清、葉酸等修飾后,同樣未表現出明顯的細胞毒性;這些研究說明,氧化石墨烯在生物體內非常安全,且具有較好的生物相容性;更為重要的是,本發明制得的氧化石墨烯表面含大量親水性官能團,使其具有良好的潤濕性能和表面活性;氧化石墨烯表面提供的大量π?π結合位點和氫鍵結合位點,可使其與負載物形成π?π結合或氫鍵結合;同時考慮到氧化石墨烯的低生物毒性和高生物相容性,這使得本發明的氧化石墨烯非常適合作為藥物載體,進而為成型本發明的氧化石墨烯負載苯那普利的復合物提供了理論前提和實驗基礎。
與現有技術相比,本發明的優點在于:
1. 本發明采用含氧官能團豐富、水溶性好的氧化石墨烯作為藥物載體負載苯那普利,氧化石墨烯具有巨大的比表面積,可以提供大量的π?π結合位點與苯那普利中的苯環作用,使苯那普利藥物分子吸附在氧化石墨烯表面,同時氧化石墨烯表面和邊緣的含氧官能團還能與藥物形成氫鍵作用;兩種作用力使氧化石墨烯對苯那普利具有較高的負載率,高于大多數常規藥物載體;
2. 由于不同pH條件下氧化石墨烯與苯那普利中能形成氫鍵的基團種類和數量不同,造成了不同pH條件下相互作用力的差異,從而形成了釋放規律的pH響應特性,本發明的載藥復合物在強酸性條件下釋放量最大,且持續釋放時間長達24小時,因而特別適合用于在胃中釋放吸收,且用藥間隔可以長達一天。
綜上,本發明提高了苯那普利的水溶性,延長了苯那普利的作用時間,減少了用藥頻率,本發明采用氧化石墨烯作為藥物載體,開發除了負載率高、釋放具有pH響應特性的載藥體系,為實現苯那普利在不同pH條件下的可控釋放提供了前提和基礎。
附圖說明
圖1是本發明實施例中制得的氧化石墨烯負載苯那普利的復合物的紅外光譜對比圖。
圖2是本發明實施例中制得的氧化石墨烯負載苯那普利的復合物的XRD對比圖譜。
圖3是本發明實施例中制得的氧化石墨烯負載苯那普利的復合物的原子力顯微鏡照片。
圖4是本發明氧化石墨烯負載苯那普利的復合物的微觀結構示意圖;其中,長條的弧形線條(圖中示出3條)表示氧化石墨烯片,而弧形線條之間的S形曲線代表一個苯那普利分子,整體呈餅狀。
圖5是本發明實施例中制得的氧化石墨烯負載苯那普利的復合物在不同pH條件下的釋放曲線。
圖6是本發明氧化石墨烯負載苯那普利的復合物中氧化石墨烯與苯那普利結合的微觀機理示意圖。
具體實施方式
以下結合說明書附圖和具體優選的實施例對本發明作進一步描述,但并不因此而限制本發明的保護范圍。
實施例:
一種如圖1~圖5所示本發明的氧化石墨烯負載苯那普利的復合物,該復合物中包含氧化石墨烯和苯那普利,氧化石墨烯的表面含有羥基、羰基、羧基、環氧基中的一種或多種(參見圖1),苯那普利吸附于氧化石墨烯分子表面。本實施例中,氧化石墨烯對苯那普利的負載量為1.12mg/mg(離心復合物后檢測溶液中苯那普利的殘留,借此即可計算復合物中結合的苯那普利的量)。該復合物為餅狀復合物,該復合物對其中包含的苯那普利的釋放具有pH響應特性(參見圖5)。
一種本實施例的氧化石墨烯負載苯那普利的復合物的制備方法,包括以下步驟:
(1)生成石墨層間化合物:冰水浴中放入三口圓底燒瓶,加入提前混勻的高純石墨1 g和高錳酸鉀6 g的混合物,緩慢加入混合酸液(濃硫酸120 mL、磷酸13.3 mL)并不停攪拌,控制攪拌溫度在10℃左右,攪拌20min,得到石墨層間化合物;
(2)石墨層間化合物的氧化:將步驟(1)得到的石墨層間化合物轉至油浴中緩慢升溫至50℃,反應18h后,完成氧化過程;
(3)氧化石墨層間化合物的水解:將步驟(2)得到的氧化石墨層間化合物冷卻至室溫,然后滴加雙氧水進行水解,攪拌均勻;
(4)純化:將步驟(3)后得到的溶液先進行2000 rpm的低速離心,取上清液,然后對上清液進行8000 rpm的高速離心,取沉淀;將沉淀溶于水中進行超聲處理5min,再用截留分子量為8000Da~12000Da的透析袋進行透析純化,直至析出液為中性且檢測不出SO42?離子,即得到氧化石墨烯溶液(冷凍干燥可得氧化石墨烯固體);
(5)配制復合物:將步驟(4)制得的氧化石墨烯溶液(10mg/mL)和另行配制的苯那普利溶液(50mg/mL),以1∶1的體積比混合均勻,振蕩過夜,再將混合溶液以8000 rpm的轉速離心30 min,取沉淀,冷凍干燥處理得到氧化石墨烯?藥物復合物。
采用透析法研究載藥復合物在不同pH下的釋放效果,具體方法為:將氧化石墨烯?苯那普利復合物溶于不同pH值的水中,將該溶液置于透析袋于相應pH值的去離子水中進行透析,定時取樣測定析出液中藥物含量。在每個pH值進行3次平行實驗即可得出其釋放趨勢曲線。
本實施例制得的氧化石墨烯負載苯那普利的復合物的紅外光譜圖如圖1所示,其中最上方為本實施例制得的氧化石墨烯的紅外光譜圖,中間為苯那普利的紅外光譜圖,最下方為氧化石墨烯負載苯那普利的復合物(GO?BENA)的紅外光譜圖,由圖1可見,復合物的紅外光譜出現了氧化石墨烯與苯那普利的紅外譜圖特征,這為本發明氧化石墨烯負載苯那普利的復合物的成型制備提供了初證。由圖1可見,1720 cm?1附近的吸收峰對應于氧化石墨烯邊緣羧基、羰基的C=O伸縮振動,在1410 cm?1附近的吸收峰歸屬于氧化石墨烯表面的C?OH伸縮振動,在1090 cm?1附近的吸收峰則對應于氧化石墨烯表面C?O?C的伸縮振動。由此看來,氧化過程使石墨表面和邊緣枝接上了很多含氧官能團,形成了氧化石墨烯。而苯那普利在3100 cm?1位置的吸收峰對應于N?H的伸縮振動;在2500 cm?1~2800 cm?1位置的峰對應苯那普利中的多個?CH2基團,且因各個?CH2所連官能團不相同造成的。在1500 cm?1~1900 cm?1位置處有4個強吸收峰,這是苯環對應的伸縮振動峰。在1200 cm?1位置的強吸收峰則是C?O?C所對應的。在GO?BENA復合物的紅外譜圖中,兩者對應的特征峰都有體現,原位于1720cm?1的C=O峰位移到了1715cm?1左右,這是由于π?π共軛和氫鍵的作用導致了向低波數的位移,這也說明氧化石墨烯和苯那普利的負載不是簡單的物理混合,而是有化學鍵(氫鍵)的連接作用。
本實施例制得的氧化石墨烯負載苯那普利的復合物的XRD圖譜如圖2所示,由圖2的X射線衍射(XRD)分析可知,與苯那普利結合后,氧化石墨烯的2θ峰從9.86°位移到了5.50°,對應的層間距從0.891 nm增加到1.642 nm,這說明苯那普利的引入撐大了氧化石墨烯層與層之間的距離,這也證明了苯那普利的負載位置位于氧化石墨烯表面。
本實施例制得的氧化石墨烯負載苯那普利的復合物的原子力顯微鏡(AFM)照片如圖3所示,由圖3可知,氧化石墨烯負載苯那普利后,自組裝成如圖3、圖4所示的餅狀結構,在溶液中均勻分散,視野中餅狀結構的平均厚度約8nm,直徑約200nm。
結合圖1~圖3,我們可以確定氧化石墨烯負載苯那普利的復合物的微觀結構如圖4所示。通過計算可知,本實施例復合物中氧化石墨烯層數約為3層。苯那普利的分布是中間較多,周圍較少,這是由于氧化石墨烯平面中間部分結構比較完整,共軛作用強,對苯那普利的固定作用較強;而平面四周的層間距相應較小,因此呈現出中間高、四周低的扁平餅狀結構(參見圖4)。
經試驗證明,本發明制得的氧化石墨烯不能進入生物細胞,并沒有表現明顯的毒性作用,生物細胞能在氧化石墨烯薄膜上良好生長,當氧化石墨烯濃度達到100 mg/L時,細胞的相對存活率仍接近100%;另外,小尺寸的氧化石墨烯具有一定的溶血能力,而較大尺寸和團聚后的氧化石墨烯溶血能力降低,進一步采用殼聚糖修飾后,溶血性幾乎完全消除,采用胎牛血清、葉酸等修飾后,同樣未表現出明顯的細胞毒性;這說明氧化石墨烯在生物體內非常安全,且具有較好的生物相容性;此外,本發明制得的氧化石墨烯表面含大量親水性官能團,使其具有良好的潤濕性能和表面活性;氧化石墨烯表面提供的大量π?π結合位點和氫鍵結合位點,可使其與負載物形成π?π結合或氫鍵結合;同時考慮到氧化石墨烯的低生物毒性和高生物相容性,這使得本發明的氧化石墨烯非常適合作為藥物載體。
另外采用透析法研究本發明復合物在不同pH值下的釋放效果,具體方法為:將本實施例的氧化石墨烯負載苯那普利復合物溶于不同pH值的水中,并將該溶液置于透析袋中于相應pH值的去離子水中進行透析,定時取樣測定析出液中藥物含量,在每個pH值條件下進行3次平行實驗,得到如圖5所示的釋放趨勢曲線。
由圖5可以看出,苯那普利在不同pH環境下的釋放曲線趨勢有一致性,前10個小時為其快速釋放期,釋放量占到釋放總量的65%~75%;10小時到24小時釋放變緩,24小時以后基本達到平衡狀態。在不同pH值條件下,本發明的復合物具有不同的緩釋效果,隨著pH值的降低,本發明復合物的釋放量不斷增加,緩釋時間不斷延長。相比較而言,在強酸性條件下釋放量較大,例如在pH=2的環境中,苯那普利的釋放量可達58%,且持續釋放時間長達24小時;而在堿性或中性環境下釋放較少,在pH=7的環境中釋放率為42%,在pH=10的環境中更少,僅為28%(參見圖5)。因此,本發明的復合物特別適合用于在胃中釋放并發揮藥效,且用藥間隔可以長達一天,在口服藥領域有潛在的應用前景。

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氧化 石墨 負載 復合物 及其 制備 方法 應用
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