本發(fā)明屬于材料科學(xué)技術(shù)領(lǐng)域，特別是一種基于環(huán)糊精的pH-刺激響應(yīng)型智能納米容器。

背景技術(shù)：

納米容器是指具有納米尺度的能儲(chǔ)存-釋放所需物質(zhì)的材料。介孔二氧化硅微球具有包裹量大、表面易修飾及生物相容性好等優(yōu)點(diǎn)，已作為理想的納米容器應(yīng)用于生物化學(xué)研究。隨著超分子化學(xué)的深入研究，輪烷或準(zhǔn)輪烷分子的修飾實(shí)現(xiàn)了介孔微球?qū)Ψ肿拥难b載與釋放。

在大多數(shù)研究體系中，受到外界刺激如pH、溫度、氧化還原、酶和光照等，大環(huán)分子拋離，分子釋放。但是這種體系不具備可逆性，只“開”不“關(guān)”，即大環(huán)拋離，不能再回到原來的位置。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種可重復(fù)利用的基于環(huán)糊精的pH-刺激響應(yīng)型智能納米容器。

實(shí)現(xiàn)本發(fā)明目的的技術(shù)解決方案為：一種基于環(huán)糊精的pH-刺激響應(yīng)型智能納米容器，其結(jié)構(gòu)如下：

其中，A表示納米容器介孔二氧化硅納米微球，B表示吸附分子對(duì)香豆酸或吉西 他濱。

一種基于環(huán)糊精的pH-刺激響應(yīng)型智能納米容器的制備方法，包括如下步驟：

步驟1，制備介孔二氧化硅微球；

步驟2，將介孔二氧化硅微球與硅烷偶聯(lián)劑于無水甲苯中進(jìn)行無水無氧縮醇反應(yīng)；

步驟3，將2-O-單炔丙基-β-環(huán)糊精和1H-咪唑-1-磺酰疊氮溶于無水N,N-二甲基甲酰胺進(jìn)行點(diǎn)擊反應(yīng)得到2-O-單{1-(1H-咪唑-1-磺酰)-1H-[1,2,3]三唑-4-亞甲基}-β-環(huán)糊精；

步驟4，在三苯基膦的催化下，步驟3獲得的產(chǎn)物與碘于無水N,N-二甲基甲酰胺中反應(yīng)得到2-O-單{1-(1H-咪唑-1-磺酰)-1H-[1,2,3]三唑-4-亞甲基}-七-6-碘-6-脫氧-β-環(huán)糊精；

步驟5，步驟4獲得的產(chǎn)物與疊氮化鈉溶于無水N,N-二甲基甲酰胺中，反應(yīng)得到2-O-單{1-(1H-咪唑-1-磺酰)-1H-[1,2,3]三唑-4-亞甲基}-七-6-疊氮-6-脫氧-β-環(huán)糊精；

步驟6，步驟5獲得的產(chǎn)物與三苯基膦溶于無水N,N-二甲基甲酰胺中，反應(yīng)得到2-O-單{1-(1H-咪唑-1-磺酰)-1H-[1,2,3]三唑-4-亞甲基}-七-6-氨基-6-脫氧-β-環(huán)糊精；

步驟7，步驟2與步驟6獲得的產(chǎn)物于無水N,N-二甲基甲酰胺中進(jìn)行反應(yīng)；

步驟8，步驟7獲得的產(chǎn)物經(jīng)真空干燥后分散在含有吸附分子pH＝1±0.1的溶液中，吸附結(jié)束后將pH調(diào)至中性，得到所述的智能納米容器。

優(yōu)選地，步驟1中，所述的介孔二氧化硅微球?yàn)镸CM-41。

優(yōu)選地，步驟2中，所述的硅烷偶聯(lián)劑為氯甲基三乙氧基硅烷，介孔二氧化硅微球與硅烷偶聯(lián)劑的物質(zhì)的量比為1:1～1.2:1。

優(yōu)選地，步驟3中，所述點(diǎn)擊反應(yīng)采用的催化劑為亞磷酸三乙酯碘化亞銅，反應(yīng)在氮?dú)獗Ｗo(hù)下進(jìn)行，2-O-單炔丙基-β-環(huán)糊精和1H-咪唑-1-磺酰疊氮的物質(zhì)的量比為1:1～1:1.2，點(diǎn)擊反應(yīng)溫度為100～120℃，點(diǎn)擊反應(yīng)時(shí)間為3～5小時(shí)。

優(yōu)選地，步驟4中，所述的三苯基膦、2-O-單{1-(1H-咪唑-1-磺酰)-1H-[1,2,3]三唑-4-亞甲基}-β-環(huán)糊精與碘的物質(zhì)的量比為20:1:20～20:2:20，反應(yīng)溫度為70～90℃，反應(yīng)時(shí)間為18～20小時(shí)。

優(yōu)選地，步驟5中，所述的2-O-單{1-(1H-咪唑-1-磺酰)-1H-[1,2,3]三唑-4-亞甲基}-七-6-碘-6-脫氧-β-環(huán)糊精與疊氮化鈉的物質(zhì)的量比為1:10～1:20，反應(yīng)溫度為70～90℃， 反應(yīng)時(shí)間為18～20小時(shí)。

優(yōu)選地，步驟6中，所述的2-O-單{1-(1H-咪唑-1-磺酰)-1H-[1,2,3]三唑-4-亞甲基}-七-6-疊氮-6-脫氧-β-環(huán)糊精與三苯基膦的物質(zhì)的量比為1:15～1:16，反應(yīng)時(shí)間為18～20小時(shí)。

優(yōu)選地，步驟7中，所述的反應(yīng)溫度為90～120℃，反應(yīng)時(shí)間為12～24小時(shí)。

優(yōu)選地，步驟8中，所述吸附分子為對(duì)香豆酸或吉西他濱，吸附分子在溶液中的濃度為飽和濃度，吸附時(shí)間為48小時(shí)。

本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，其顯著優(yōu)點(diǎn)在于：(1)具有高度可控性，可根據(jù)所需釋放量即時(shí)刺激響應(yīng)；(2)具有操作簡單方便，快速響應(yīng)的優(yōu)點(diǎn)；(3)應(yīng)用范圍廣，可用于藥物釋放、金屬緩蝕等領(lǐng)域。

附圖說明

圖1為本發(fā)明所述基于環(huán)糊精的pH-刺激響應(yīng)型智能納米容器的裝配圖。

圖2為本發(fā)明所述基于環(huán)糊精的pH-刺激響應(yīng)型智能納米容器對(duì)香豆酸釋放圖。

圖3為本發(fā)明所述基于環(huán)糊精的pH-刺激響應(yīng)型智能納米容器吉西他濱釋放圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖及具體實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)說明。

結(jié)合圖1，本發(fā)明基于環(huán)糊精的pH-刺激響應(yīng)型智能納米容器，具有以下結(jié)構(gòu)：

其中，A表示納米容器，即為介孔二氧化硅納米微球，B表示吸附分子，即為對(duì)香豆酸或吉西他濱。

本發(fā)明的原理是：如圖1所示組裝結(jié)構(gòu)，在中性環(huán)境中，咪唑基團(tuán)包結(jié)在環(huán)糊精疏水空腔中，與其形成自包結(jié)結(jié)構(gòu)，納米閥門關(guān)閉，吸附在介孔二氧化硅微球中的分子出入通道被堵塞；在酸性環(huán)境中，咪唑基團(tuán)質(zhì)子化，與環(huán)糊精結(jié)合力大大減弱，從而脫開環(huán)糊精空腔，此時(shí)納米閥門打開，介孔二氧化硅微球中吸附的分子得到釋放。

本發(fā)明一種基于環(huán)糊精的pH-刺激響應(yīng)型智能納米容器，采用下述方法制備所得，步驟如下：

步驟1，制備介孔二氧化硅微球；所述的介孔二氧化硅微球?yàn)镸CM-41。

步驟2，將介孔二氧化硅微球與硅烷偶聯(lián)劑于無水甲苯中進(jìn)行無水無氧縮醇反應(yīng)；所述的硅烷偶聯(lián)劑為氯甲基三乙氧基硅烷，介孔二氧化硅微球與硅烷偶聯(lián)劑的 物質(zhì)的量比為1:1～1.2:1。

步驟3，將2-O-單炔丙基-β-環(huán)糊精和1H-咪唑-1-磺酰疊氮溶于無水N,N-二甲基甲酰胺進(jìn)行點(diǎn)擊反應(yīng)得到2-O-單{1-(1H-咪唑-1-磺酰)-1H-[1,2,3]三唑-4-亞甲基}-β-環(huán)糊精；所述點(diǎn)擊反應(yīng)采用的催化劑為亞磷酸三乙酯碘化亞銅，反應(yīng)在氮?dú)獗Ｗo(hù)下進(jìn)行，2-O-單炔丙基-β-環(huán)糊精和1H-咪唑-1-磺酰疊氮的物質(zhì)的量比為1:1～1:1.2，點(diǎn)擊反應(yīng)溫度為100～120℃，點(diǎn)擊反應(yīng)時(shí)間為3～5小時(shí)。

步驟4，在三苯基膦的催化下，步驟3獲得的產(chǎn)物與碘于無水N,N-二甲基甲酰胺中反應(yīng)得到2-O-單{1-(1H-咪唑-1-磺酰)-1H-[1,2,3]三唑-4-亞甲基}-七-6-碘-6-脫氧-β-環(huán)糊精；所述的三苯基膦、2-O-單{1-(1H-咪唑-1-磺酰)-1H-[1,2,3]三唑-4-亞甲基}-β-環(huán)糊精與碘的物質(zhì)的量比為20:1:20～20:2:20，反應(yīng)溫度為70～90℃，反應(yīng)時(shí)間為18～20小時(shí)。。

步驟5，步驟4獲得的產(chǎn)物與疊氮化鈉溶于無水N,N-二甲基甲酰胺中，反應(yīng)得到2-O-單{1-(1H-咪唑-1-磺酰)-1H-[1,2,3]三唑-4-亞甲基}-七-6-疊氮-6-脫氧-β-環(huán)糊精；所述的2-O-單{1-(1H-咪唑-1-磺酰)-1H-[1,2,3]三唑-4-亞甲基}-七-6-碘-6-脫氧-β-環(huán)糊精與疊氮化鈉的物質(zhì)的量比為1:10～1:20，反應(yīng)溫度為70～90℃，反應(yīng)時(shí)間為18～20小時(shí)。

步驟6，步驟5獲得的產(chǎn)物與三苯基膦溶于無水N,N-二甲基甲酰胺中，反應(yīng)得到2-O-單{1-(1H-咪唑-1-磺酰)-1H-[1,2,3]三唑-4-亞甲基}-七-6-氨基-6-脫氧-β-環(huán)糊精；所述的2-O-單{1-(1H-咪唑-1-磺酰)-1H-[1,2,3]三唑-4-亞甲基}-七-6-疊氮-6-脫氧-β-環(huán)糊精與三苯基膦的物質(zhì)的量比為1:15～1:16，反應(yīng)時(shí)間為18～20小時(shí)。

步驟7，步驟2與步驟6獲得的產(chǎn)物于無水N,N-二甲基甲酰胺中進(jìn)行反應(yīng)；所述的反應(yīng)溫度為90～120℃，反應(yīng)時(shí)間為12～24小時(shí)。

步驟8，步驟7獲得的產(chǎn)物經(jīng)真空干燥后分散在含有吸附分子對(duì)香豆酸或吉西他濱的飽和溶液中(采用鹽酸調(diào)節(jié)溶液的pH＝1)，吸附48小時(shí)后將pH調(diào)至中性，得到上述一種基于環(huán)糊精的pH-刺激響應(yīng)型智能納米容器。

下面結(jié)合具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)說明。

實(shí)施例1

本發(fā)明一種基于環(huán)糊精的pH-刺激響應(yīng)型智能納米容器的制備方法，步驟如下：

1.制備介孔二氧化硅微球MCM-41

將十六烷基三甲基溴化銨(CTAB，0.5g)，NaOH溶液(2mol/L，1.75mL)與H₂O(240mL)混合，80℃下攪拌30min。逐滴加入正硅酸乙酯(TEOS，2.5mL)，充分?jǐn)嚢?0min后形成白色沉淀。80℃下攪拌2h，趁熱過濾，用水和甲醇充分清洗產(chǎn)物，90℃下真空干燥。

稱取0.3g干燥固體，超聲分散于異丙醇(60mL)和濃鹽酸(3mL)的混合溶液，加熱回流6h，離心分離，用水和甲醇充分清洗，90℃下真空干燥得到介孔二氧化硅微球(MCM-41)。

2.介孔二氧化硅的表面修飾

將干燥后的MCM-41(200mg)超聲分散在無水甲苯(10mL)中，逐滴加入氯甲基三乙氧基硅烷(200uL)，加熱回流，攪拌反應(yīng)24h，反應(yīng)結(jié)束后固體粉末通過離心收集并用無水甲苯和甲醇清洗若干遍。60℃真空干燥過夜得白色粉末MSNs-Cl。

3.制備基于環(huán)糊精的納米閥門

制備2-(O-炔丙基)-β-環(huán)糊精：將β-環(huán)糊精(0.881mmol)和氫化鋰(1.322mmol)溶于無水二甲基亞砜中，在室溫下氮?dú)獗Ｗo(hù)并攪拌反應(yīng)12～24小時(shí)，然后加入炔丙基溴(0.881mmol)和少量碘化鋰，避光反應(yīng)5～12小時(shí)，反應(yīng)結(jié)束后將反應(yīng)液倒入丙酮溶液(300mL)中，減壓抽濾得到粗產(chǎn)物，以乙腈-水-氨水為流動(dòng)相對(duì)粗產(chǎn)物進(jìn)行柱層析分離得到產(chǎn)物。

制備2-O-單{1-(1H-咪唑-1-磺酰)-1H-[1,2,3]三唑-4-亞甲基}-β-環(huán)糊精：將2-(O-炔丙基)-β-環(huán)糊精(300mg)和1H-咪唑-1-磺酰疊氮(100mg)溶于無水N,N-二甲基甲酰胺(10mL)中，加入少量催化劑亞磷酸三乙酯碘化亞銅，反應(yīng)溫度90～120℃，反應(yīng)時(shí)間為3-5小時(shí)。

制備2-O-單{1-(1H-咪唑-1-磺酰)-1H-[1,2,3]三唑-4-亞甲基}-七-6-碘-6-脫氧-β-環(huán)糊精：在三苯基膦(8.8mmol)的催化下，2-O-單{1-(1H-咪唑-1-磺酰)-1H-[1,2,3]三唑-4-亞甲基}-β-環(huán)糊精(0.44mmol)與碘(8.8mmol)于無水N,N-二甲基甲酰胺(9mL)中70～90℃反應(yīng)18～20小時(shí)得到產(chǎn)物。

制備2-O-單{1-(1H-咪唑-1-磺酰)-1H-[1,2,3]三唑-4-亞甲基}-七-6-疊氮-6-脫氧-β-環(huán)糊精：2-O-單{1-(1H-咪唑-1-磺酰)-1H-[1,2,3]三唑-4-亞甲基}-七-6-碘-6-脫氧-β-環(huán)糊精(0.157mmol)與疊氮化鈉(1.538mmol)溶于無水N,N-二甲基甲酰胺(5mL)中，氮?dú)獗Ｗo(hù)下70～90℃攪拌反應(yīng)18～20小時(shí)得到。

制備2-O-單{1-(1H-咪唑-1-磺酰)-1H-[1,2,3]三唑-4-亞甲基}-七-6-氨基-6-脫氧-β-環(huán)糊精：2-O-單{1-(1H-咪唑-1-磺酰)-1H-[1,2,3]三唑-4-亞甲基}-七-6-疊氮-6-脫氧-β-環(huán)糊精(0.153mmol)與三苯基膦(2.42mmol)溶于無水N,N-二甲基甲酰胺(4mL)中，氮?dú)獗Ｗo(hù)下攪拌1h，逐滴加入氨水(28％，2.25mL)，室溫下攪拌18～20小時(shí)得到產(chǎn)物。

4.組裝智能納米容器

MSNs-Cl(200mg)與2-O-單{1-(1H-咪唑-1-磺酰)-1H-[1,2,3]三唑-4-亞甲基}-七-6-氨基-6-脫氧-β-環(huán)糊精(0.05mol)溶于無水N,N-二甲基甲酰胺(10mL)中，100～110℃，攪拌反應(yīng)12h，離心收集得到產(chǎn)物MSNs-CD。

將MSNs-CD(50mg)分散在飽和對(duì)香豆酸的鹽酸溶液(pH＝1)中，室溫下吸附攪拌48h，吸附結(jié)束后加入氫氧化鈉溶液將pH調(diào)至中性，得到上述一種基于環(huán)糊精的pH-刺激響應(yīng)型智能納米容器MSNPs 1。

4.智能納米容器的可控性釋放

在石英比色皿中加入pH＝3.0的磷酸氫二鈉-檸檬酸緩沖溶液3.8mL，稱取2.0mg MSNPs 1置于折成錐形的已活化的半透膜中，將半透膜尖端朝下放入比色皿中，確保所有MSNPs 1都浸于緩沖溶液液面以下，利用熒光分光光度計(jì)測其動(dòng)力學(xué)變化(EX＝351nm，EM＝439nm)，如附圖2所示，pH＝7時(shí)，基本達(dá)到“零釋放”；pH＝3時(shí)，釋放量達(dá)到68.42％。

實(shí)施例2

本發(fā)明一種基于環(huán)糊精的pH-刺激響應(yīng)型智能納米容器的制備方法，步驟如下：

1.制備介孔二氧化硅微球MCM-41

將十六烷基三甲基溴化銨(CTAB，0.5g)，NaOH溶液(2mol/L，1.75mL)與H₂O(240mL)混合，80℃下攪拌30min。逐滴加入正硅酸乙酯(TEOS，2.5mL)，充分?jǐn)嚢?0min后形成白色沉淀。80℃下攪拌2h，趁熱過濾，用水和甲醇充分清洗產(chǎn)物，90℃下真空干燥。

稱取0.3g干燥固體，超聲分散于異丙醇(60mL)和濃鹽酸(3mL)的混合溶液，加熱回流6h，離心分離，用水和甲醇充分清洗，90℃下真空干燥得到介孔二氧化硅微球(MCM-41)。

2.介孔二氧化硅的表面修飾

將干燥后的MCM-41(200mg)超聲分散在無水甲苯(10mL)中，逐滴加入氯甲基三乙氧基硅烷(200uL)，加熱回流，攪拌反應(yīng)24h，反應(yīng)結(jié)束后固體粉末通過離心收集并用無水甲苯和甲醇清洗若干遍。60℃真空干燥過夜得白色粉末MSNs-Cl。

3.制備基于環(huán)糊精的納米閥門

制備2-(O-炔丙基)-β-環(huán)糊精：將β-環(huán)糊精(0.881mmol)和氫化鋰(1.322mmol)溶于無水二甲基亞砜中，在室溫下氮?dú)獗Ｗo(hù)并攪拌反應(yīng)12～24小時(shí)，然后加入炔丙基溴(0.881mmol)和少量碘化鋰，避光反應(yīng)5～12小時(shí)，反應(yīng)結(jié)束后將反應(yīng)液倒入丙酮溶液(300mL)中，減壓抽濾得到粗產(chǎn)物，以乙腈-水-氨水為流動(dòng)相對(duì)粗產(chǎn)物進(jìn)行柱層析分離得到產(chǎn)物。

制備2-O-單{1-(1H-咪唑-1-磺酰)-1H-[1,2,3]三唑-4-亞甲基}-β-環(huán)糊精：將2-(O-炔丙基)-β-環(huán)糊精(300mg)和1H-咪唑-1-磺酰疊氮(100mg)溶于無水N,N-二甲基甲酰胺(10mL)中，加入少量催化劑亞磷酸三乙酯碘化亞銅，反應(yīng)溫度90～120℃，反應(yīng)時(shí)間為3-5小時(shí)。

制備2-O-單{1-(1H-咪唑-1-磺酰)-1H-[1,2,3]三唑-4-亞甲基}-七-6-碘-6-脫氧-β-環(huán)糊精：在三苯基膦(8.8mmol)的催化下，2-O-單{1-(1H-咪唑-1-磺酰)-1H-[1,2,3]三唑-4-亞甲基}-β-環(huán)糊精(0.44mmol)與碘(8.8mmol)于無水N,N-二甲基甲酰胺(9mL)中70～90℃反應(yīng)18～20小時(shí)得到產(chǎn)物。

制備2-O-單{1-(1H-咪唑-1-磺酰)-1H-[1,2,3]三唑-4-亞甲基}-七-6-疊氮-6-脫氧-β-環(huán)糊精：2-O-單{1-(1H-咪唑-1-磺酰)-1H-[1,2,3]三唑-4-亞甲基}-七-6-碘-6-脫氧-β-環(huán)糊精(0.157mmol)與疊氮化鈉(1.538mmol)溶于無水N,N-二甲基甲酰胺(5mL)中，氮?dú)獗Ｗo(hù)下70～90℃攪拌反應(yīng)18～20小時(shí)得到。

制備2-O-單{1-(1H-咪唑-1-磺酰)-1H-[1,2,3]三唑-4-亞甲基}-七-6-氨基-6-脫氧-β-環(huán)糊精：2-O-單{1-(1H-咪唑-1-磺酰)-1H-[1,2,3]三唑-4-亞甲基}-七-6-疊氮-6-脫氧-β-環(huán)糊精(0.153mmol)與三苯基膦(2.42mmol)溶于無水N,N-二甲基甲酰胺(4mL)中，氮?dú)獗Ｗo(hù)下攪拌1h，逐滴加入氨水(28％，2.25mL)，室溫下攪拌18～20小時(shí)得到產(chǎn)物。

4.組裝智能納米容器

MSNs-Cl(200mg)與2-O-單{1-(1H-咪唑-1-磺酰)-1H-[1,2,3]三唑-4-亞甲基}-七-6-氨基-6-脫氧-β-環(huán)糊精(0.05mol)溶于無水N,N-二甲基甲酰胺(10mL)中，100～110℃， 攪拌反應(yīng)12h，離心收集得到產(chǎn)物MSNs-CD。

將MSNs-CD(50mg)分散在飽和吉西他濱的鹽酸溶液(pH＝1)中，室溫下吸附攪拌48h，吸附結(jié)束后加入氫氧化鈉溶液將pH調(diào)至中性，得到上述一種基于環(huán)糊精的pH-刺激響應(yīng)型智能納米容器MSNPs 2。

4.智能納米容器的可控性釋放

在石英比色皿中加入pH＝3.0的磷酸氫二鈉-檸檬酸緩沖溶液3.8mL，稱取2.0mg MSNPs 2置于折成錐形的已活化的半透膜中，將半透膜尖端朝下放入比色皿中，確保所有MSNPs 2都浸于緩沖溶液液面以下，利用紫外分光光度計(jì)測其動(dòng)力學(xué)變化(λ_max＝267nm)，如附圖3所示，pH＝7時(shí)，基本達(dá)到“零釋放”；pH＝3時(shí)，釋放量達(dá)到69.26％。