氨基化改性MCM—41/毒死蜱緩釋體系的制備與性能

謝慧琳+周新華+林粵順+周紅軍+鐘洛誠+胡文斌

摘要：采用3-氨丙基三乙氧基硅烷（KH550）對MCM-41進行改性得到了氨基化介孔硅，并以浸漬法制備了毒死蜱/介孔硅緩釋體系。利用紅外光譜、氮氣吸附-脫附和X射線衍射對MCM-41和氨基化介孔硅進行了表征，著重探討了不同KH550用量對介孔硅的載藥量和載藥體系緩釋性能的影響。研究表明，氨基化介孔硅的比表面積、孔容隨KH550用量的增大而減小，且明顯小于未改性的MCM-41。氨基化介孔硅的載藥量低于MCM-41的載藥量，但其相應(yīng)載藥體系的緩釋性能優(yōu)于未改性的MCM-41載藥體系。毒死蜱/介孔硅緩釋體系，其釋藥行為可用Korsmeryer-Pappas 動力學方程描述，其釋放受擴散機制控制。

關(guān)鍵詞：MCM-41；氨基化改性；毒死蜱；緩釋；介孔硅；表征

中圖分類號： TQ450.1 文獻標志碼： A

文章編號：1002-1302（2016）09-0163-03

有序介孔硅材料因具有規(guī)則孔道、高比表面積、良好的生物相容性等特點，已被廣泛應(yīng)用于生物學和藥學等領(lǐng)域[1-3]。在孔道內(nèi)引入有機官能團，如氨基、巰基，可以有效改善孔道界面的疏水性，提高其水熱穩(wěn)定性，且又可以對其孔道進行修飾并調(diào)控，增強其表面與藥物的相互作用，使介孔硅在藥物緩釋方面發(fā)揮了重要作用，受到了廣泛的關(guān)注。Zeng等以MCM-41分子篩為載體，制備了氨基功能化介孔硅，并用于阿司匹林的控制釋放，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，氨基修飾后的MCM-41對藥物具有明顯的緩釋性能[4]。Sevimli等用3-氨丙基三乙氧基硅烷嫁接改性介孔硅為材料，以阿莫西林為模型藥物，探究了其孔徑和表面功能化對藥物吸附和緩釋的影響[5]。在農(nóng)藥領(lǐng)域，介孔硅的應(yīng)用也日益受到重視，但相對于醫(yī)藥領(lǐng)域，介孔硅的研究還比較欠缺。彭林等采用有機疏水改性的MCM-41對甲草胺的吸附和緩釋行為進行了研究，發(fā)現(xiàn)有機改性能延緩甲草胺的釋放[6]。

本研究先制備了MCM-41，然后以KH550對其進行修飾改性，得到氨基化介孔硅，以浸漬法制備毒死蜱/介孔硅緩釋體系，著重探究了KH550對氨基化介孔硅的載藥量和緩釋性能的影響，揭示了介孔硅結(jié)構(gòu)及其對農(nóng)藥的吸附和緩釋的影響，以期為介孔硅材料在農(nóng)藥緩釋方面的應(yīng)用提供理論指導。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

無水乙醇和氨水（分析純，天津市大茂化學試劑廠）、十六烷基三甲基溴化銨（CTAB）、正硅酸乙酯（TEOS）與3-氨丙基三乙氧基硅烷（KH550）（分析純，阿拉丁試劑有限公司）、鹽酸及甲苯（分析純，廣州化學試劑廠）、毒死蜱原藥（純度≥98%，江蘇景宏化工有限公司）。

1.2 儀器與設(shè)備

Spectrum100型傅立葉紅外光譜儀（美國珀金埃爾默公司）、D8 Advance型X射線衍射儀（德國布魯克儀器公司）、T6新世紀紫外可見分光光度計（北京普析通用儀器有限公司）、Quadrasorb SI型氮氣吸附/脫附儀（美國康塔儀器公司）。

1.3 方法

1.3.1 MCM-41的合成 稱取1.0 g CTAB置于裝有100 mL 蒸餾水和70 mL濃氨水的三口燒瓶中，在60 ℃恒溫油浴中攪拌至CTAB完全溶解；1 h后加入5 g TEOS，連續(xù)攪拌7 h；停止攪拌，置于室溫中晶化、過濾、烘干；干燥后的粉末放在裝有150 mL酸化乙醇（體積比鹽酸 ∶乙醇=1 ∶20）的索氏提取器中于120 ℃下回流72 h，最后在60 ℃鼓風干燥箱中烘干至恒重，得到MCM-41，備用。

1.3.2 氨基改性MCM-41 稱取1 g MCM-41，置于裝有50 mL甲苯的三口燒瓶中，邊攪拌邊滴加0.5 g KH550。在氮氣保護的條件下，加熱回流、攪拌、反應(yīng)24 h，待體系冷卻至室溫后，過濾、洗滌、干燥，可制得氨基化介孔硅，記為NH2-MCM-41。重復上述試驗，KH550的添加量改為MCM-41/KH550=1 ∶1和1 ∶2，其余操作不變，分別制得NH2-MCM-41-1和NH2-MCM-41-2。

1.4 結(jié)構(gòu)表征

1.4.1 傅里葉紅外（FTIR）分析 利用紅外光譜表征MCM-41和氨基化介孔硅的結(jié)構(gòu)，采用溴化鉀壓片法制樣。

1.4.2 氮氣吸附-脫附測試 將樣品置于200 ℃下預先脫氣12 h，并在-196 ℃測試其氮氣吸附-脫附等溫線，分別采用BET法和BJH法（脫附分支）分別計算各物理結(jié)構(gòu)參數(shù)。

1.4.3 X射線衍射測試 采用銅靶K α射線，工作電壓40 kV，管電流20 mA，小角掃描范圍2q=0.5°～10°，掃描速度2°/min。

1.4.4 載藥性能測試 用紫外分光光度計測定介孔硅的載藥量，在波長λ=290 nm的條件下檢測，對不同濃度的毒死蜱/乙醇溶液濃度（C）和吸光度（D）進行線性擬合，得到標準工作曲線方程：C=63.291D-0.917，r=0.999 7。

稱取一定量（a，mg）的介孔硅置于50 mL錐形瓶中，加入一定體積（b，mL）的濃度為4 mg/mL的毒死蜱/乙醇溶液，保持m（介孔硅） ∶m（毒死蜱）=1 ∶2，并將錐形瓶移至37 ℃的恒溫水浴振蕩器中振蕩吸附24 h；最后，移取0.2 mL錐形瓶的上層清液并將其稀釋一定倍數(shù)，用紫外分光光度計掃描并測定其吸光度。根據(jù)下式計算其載藥量LC：

1.4.5 緩釋性能測試 將裝有一定量（m，mg）載藥介孔硅的透析袋放于錐形瓶中，加入50 mL 40%乙醇水溶液，將錐形瓶置于不同溫度的恒溫振蕩水浴中，間隔一定時間移取1 mL樣品液，并向錐形瓶補加1 mL原緩釋溶液；將1 mL樣品液稀釋至25 mL，用紫外分光光度計測量其吸光度，毒死蜱隨時間的累積釋放量為Ui，繪制t-Ri曲線作為毒死蜱的緩釋動力學曲線。累積釋放量Ui由下式計算。

2 結(jié)果與討論

2.1 FTIR分析

圖1為MCM-41和氨基化介孔硅的FTIR圖。MCM-41在3 435 cm-1處是Si—OH和H2O的伸縮振動峰，在1 629 cm-1 處為吸附水分子的特征吸收峰，而在1 057、799、458 cm-1為Si-O-Si的伸縮振動峰和彎曲振動峰，說明了MCM-41具有二氧化硅的結(jié)構(gòu)。NH2-MCM-41-2、NH2-MCM-41和NH2-MCM-41-1的譜線均在2 930 cm-1 處出現(xiàn)了-CH2-的反對稱伸縮振動峰，在696、1 496 cm-1處分別出現(xiàn)了N-H鍵的彎曲振動峰和-NH3+ 的對稱振動峰，這表明KH550已經(jīng)成功嫁接在MCM-41上[7]。

2.2 XRD表征

圖2為MCM-41和氨基化介孔硅的小角XRD圖譜。圖中MCM-41在2θ為2.18°、3.81°和4.39°處出現(xiàn)（100）、（110）和（200）的晶面，表明其屬于典型的六方相介孔MCM-41。將KH550嫁接到MCM-41后，MCM-41在2.18°處的衍射峰強度顯著下降，且隨著KH550用量的增加，其衍射峰強度逐漸減弱。此外，3.81°和4.39°處的衍射峰幾乎消失，說明了KH550已嫁接于MCM-41，且在一定程度上降低了MCM-41的有序度。

2.3 氮氣吸附-脫附分析

圖3為MCM-41和氨基化介孔硅的N2吸附-脫附等溫線以及相應(yīng)的孔徑分布圖，由此得到的相關(guān)參數(shù)列于表1。由圖3-A可見，4種介孔硅的等溫線都屬于Langmuir Ⅳ型，且具有H1型滯后環(huán)，說明了MCM-41和氨基化介孔硅均屬于介孔材料。MCM-41的等溫線相對壓力在0.3～0.5的中壓區(qū)，它對氮氣的吸附量急劇增加，這是由于MCM-41的孔道內(nèi)出現(xiàn)毛細管凝聚現(xiàn)象而產(chǎn)生的。由表1可知，經(jīng)過KH550嫁接修飾后的MCM-41，其比表面積和孔容都明顯下降，且隨著KH550用量的增加，氨基化介孔硅的比表面積、孔徑和孔容都逐步下降，這是因為氨丙基占據(jù)了MCM-41的六方孔道而引起的[8]。

2.4 載藥性能分析

圖4為MCM-41和氨基化介孔硅對毒死蜱的載藥量。由圖4可知，MCM-41的載藥量最高（13.64%），這是由于MCM-41具有有序的孔道結(jié)構(gòu)、較大的比表面積和孔容，藥物較易進入孔道。經(jīng)過氨基修飾后的介孔硅，孔道內(nèi)外接枝了氨基骨架，對藥物吸附有一定的阻礙作用[9]，所以吸附量相對MCM-41有所下降，NH2-MCM-41的載藥量為6.86%。結(jié)合表1可以發(fā)現(xiàn)，隨著KH550用量的增加，氨基化介孔硅的比表面積和孔容積降低了，但其對藥物的吸附量呈增加的趨勢，這是因為一方面毒死蜱是疏水性藥物，經(jīng)過氨基改性后得到的氨基化介孔硅，其疏水性增強；另一方面是由于毒死蜱與氨基介孔硅之間可能存在氫鍵作用，有利于對藥物的吸附[10]。這也說明了介孔硅對藥物的吸附不僅取決于其比表面積、孔徑和孔容，還受到農(nóng)藥與載體間作用的影響。

2.5 緩釋性能分析

圖5為介孔硅和氨基化介孔硅負載毒死蜱后的藥物累積釋放量與時間關(guān)系圖。從圖5可以看出，隨著時間的增加，藥物的累積釋放率先增加后趨于穩(wěn)定，其緩釋效果為：MCM-41

為深入了解載藥介孔硅的釋放行為，對介孔硅及不同氨基化介孔硅的藥物釋放數(shù)據(jù)，分別進行零級、一級、Higuchi和Korsmeryer-Pappas動力學模型擬合，結(jié)果如表2所示。由表2可知，載藥介孔硅的釋放曲線比較符合Korsmeryer-Pappas動力學模型，MCM-41、NH2-MCM-41、NH2-MCM-41-1和NH2-MCM-41-2的釋放指數(shù)分別為0.360 7、0.328 4、0.372 4和0.330 0，即n<0.45，表明了毒死蜱在介孔硅中的釋放主要受擴散機制控制[12]。

3 結(jié)論

本研究采用后嫁接法利用KH550對MCM-41進行氨基修飾，制備了氨基化介孔硅。氨基改性后介孔硅對毒死蜱的載藥量降低，但隨著KH550用量的增加，氨基介孔硅對毒死蜱的載藥量增大。氨基改性有利于提高毒死蜱/MCM-41的緩釋性能，且KH550用量越大，其緩釋效果越好；載藥介孔硅的藥物釋放曲線符合Korsmeryer-Pappas動力學模型，其藥物釋放主要受擴散機制控制。

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