一種用于藥物緩釋的氧化石墨烯薄膜制備方法以及產品的制作方法

一種用于藥物緩釋的氧化石墨烯薄膜制備方法以及產品的制作方法
【專利摘要】本發明公開了一種氧化石墨烯薄膜的制備方法及產品，該方法包括：將氧化石墨烯分散液與氨基末端超支化或樹枝狀聚合物混合后，抽濾制得氧化石墨烯薄膜。本發明還公開了一種用于藥物緩釋的氧化石墨烯薄膜的制備方法及產品，該方法包括：向氧化石墨烯分散液與氨基末端超支化或樹枝狀聚合物混合后的混合溶液中加入帶芳香環的藥物，抽濾后制得。本發明通過氨基末端超支化或樹枝狀聚合物將氧化石墨烯進行交聯，形成平整層狀結構的薄膜，使該薄膜在水環境下具有更好的膜穩定性，提高了藥物緩釋控釋性能，同時也提高了薄膜的藥物負載量；本發明制備的用于藥物緩釋的氧化石墨烯薄膜可在潮濕或水環境中緩慢釋放，維持時間長，抑菌效果明顯。
【專利說明】一種用于藥物緩釋的氧化石墨烯薄膜制備方法以及產品

【技術領域】
[0001] 本發明涉及醫藥化工領域，具體涉及一種用于藥物緩釋的氧化石墨烯薄膜制備方 法以及廣品。

【背景技術】
[0002] 聚合物薄膜在蛋白質、核酸等生物活性分子或小分子藥物的傳輸方面有著非常廣 泛的應用前景，該膜通常可作為藥物涂層覆蓋于植入物、支架和傷口縫合處，以可控或刺激 等相應的方式釋放藥物。聚合物薄膜作為藥物輸送系統能夠保持較高的藥物濃度，增強醫 療劑的活性并降低藥物的副作用。
[0003] 2〇〇4年，英國Manchester大學的Geim AK和Novoselov KS通過微機械力剝離高 取向熱解石墨（H0PG)成功制備了單原子層或薄層的二維原子晶體一石墨烯。它是世界上 最薄的新型二維納米材料，其只有一個原子厚度，僅為0. 35nm。由于石墨烯是單分子層的石 墨，且石墨烯具有獨特的物理、化學性質，所以它被廣泛地應用于電學和光學領域。但是，石 墨烯片層之間強烈的范德華力和π-π相互作用導致石墨烯片層的分離非常困難。為了解 決上述問題，人們用化學手段將石墨轉化為氧化石墨，使石墨片上修飾大量含氧官能團，從 而降低了層間吸引力，使得氧化石墨在水溶液中能夠完全分離成單層的氧化石墨，即氧化 石墨烯。
[0004] 目前，氧化石墨烯在生物醫學領域的應用也越來越多，比如病原體檢測、生物成 像、基因轉染等。氧化石墨烯因其超高的比表面積、豐富的表面官能團以及良好的水分散 性，在藥物輸送方面的研究受到了越來越多的關注（Pandey H，ParasharV，Parashar R， Prakash R,Ramteke P ff,Pandey A C. Nanoscale 2011,3,4104-4108 ；WangY,Zhang D,Bao Q,Wu J，Wan Y J. Mater Chem 2012,22,23106-23113;中國專利 CN101670108A)。雖然，大 劑量的游離氧化石墨烯粒子具有明顯的細胞毒性，易造成在臨床應用上的風險，但若利用 氧化石墨烯的組裝體進行藥物的負載可以有效避免游離石墨烯粒子引起的細胞毒性，使其 在臨床應用上具有更好的前景。
[0005] 氧化石墨烯因其片層間存在的范德華力和氫鍵作用，具有易成膜的優點，通過過 濾或者旋涂過程，很容易在基底上形成氧化石墨烯薄膜。目前，氧化石墨烯薄膜在分離領域 被廣泛研究，并顯示出了良好的分離性能。雖然氧化石墨烯薄膜在千燥條件下具有良好的 機械強度和機械穩定性，但當其處于潮濕或水環境中時，氧化石墨烯薄膜的機械性能會變 得不穩定，氧化石墨烯粒子易從薄膜上脫落下來，加快了負載藥物的釋放速度，使得純的氧 化石墨烯薄膜在藥物輸送領域的應用受到限制。因此，如何能夠提高氧化石墨烯薄膜的機 械穩定性，實現藥物的緩慢釋放是有待解決的一個重要問題。


【發明內容】

[0006] 本發明提供了一種氧化石墨烯薄膜以及用于藥物緩釋的氧化石墨烯薄膜的制備 方法，上述用于藥物緩釋的氧化石墨烯薄膜的制備方法獲得的薄膜具有膜機械穩定性高、 藥物負載量大以及藥物緩釋控釋性能強的特點。
[0007] -種氧化石墨烯薄膜的制備方法，包括：
[0008] (1)將氧化石墨烯置于水中，進行超聲分散，得到氧化石墨烯分散液；
[0009] (2)向氧化石墨烯分散液中加入氨基末端超支化或樹枝狀聚合物，攪拌、超聲后， 得到混合溶液；
[0010] (3)將混合溶液抽濾后，制得氧化石墨烯薄膜。
[0011] 以氨基末端超支化或樹枝狀聚合物為交聯劑，加入到氧化石墨烯分散液中，通過 化學反應及靜電相互作用可對氧化石墨烯進行交聯改性，氧化石墨烯片層上的環氧基和氨 基末端超支化或樹枝狀聚合物上的氨基發生環氧開環反應，此外氧化石墨烯上的羧基和氨 基末端超支化或樹枝狀聚合物上的氨基發生靜電相互作用，最終使相鄰氧化石墨烯片層之 間通過氨基末端超支化或樹枝狀聚合物交聯起來，形成平整的層狀結構。通過上述方法制 備獲得的負載藥物的氧化石墨烯薄膜在水環境中不僅膜機械穩定性高，藥物緩釋控釋性能 強，而且藥物的負載量也有所提高。
[0012] 氧化石墨稀薄膜的膜穩定性、藥物負載量均與薄膜中氧化石墨稀的濃度有密切關 系，氧化石墨烯濃度過低會影響薄膜的成型，降低藥物的負載量；氧化石墨烯濃度過高，易 降低氧化石墨烯在溶液中的分散性，影響氧化石墨烯薄膜的制備。作為優選,所述的氧化石 墨烯分散液中氧化石墨烯的質量濃度為〇· 1?2g/L。
[0013] 作為優選，所述的聚合物為超支化或樹枝狀聚乙烯亞胺、超支化或樹枝狀聚酰胺 中的一種。理論上，末端具有大量氨基的聚合物都可實現氧化石墨烯的交聯，形成氧化石墨 烯薄膜，但經實驗發現，以超支化或樹枝狀聚乙烯亞胺和超支化或樹枝狀聚酰胺為交聯劑 形成的氧化石墨烯薄膜的機械穩定性更高，能夠使負載藥物釋放時間延長；另外，通過上述 聚合物交聯后的薄膜還可增加負載藥物的位點，提高薄膜的藥物負載量。
[0014] 所述的聚合物與氧化石墨烯的質量比為0.5?1 : 1，更為優選，聚合物與氧化石 墨烯的質量比為1 : 1。聚合物與氧化石墨烯的質量比是影響氧化石墨烯薄膜機械穩定性、 藥物緩釋控釋性能以及藥物負載量最為重要的因素。經大量實驗發現，在其他反應條件不 變的情況下，聚合物與氧化石墨烯的質量比為0.5?1 : 1時，氧化石墨烯薄膜的機械穩定 性最佳，從而保證了薄膜的藥物緩釋控釋性能。其中，如實施例3所示，聚合物與氧化石墨 烯的質量比為1 : 1時，負載環丙沙星的氧化石墨烯薄膜的藥物釋放時間高達80小時，說 明上述氧化石墨烯薄膜的機械穩定性高，使得藥物的釋放時間延長。
[0015] 本發明公開了一種所述的制備方法制備的氧化石墨烯薄膜。
[0016] 本發明還公開了一種用于藥物緩釋的氧化石墨烯薄膜的制備方法，包括：（1)將 氧化石墨烯置于水中，進行超聲分散，得到氧化石墨烯分散液；（2)向氧化石墨烯分散液中 加入氨基末端超支化或樹枝狀聚合物，攪拌、超聲后，得到混合溶液；(3)將帶有芳香環結 構的藥物與混合溶液混合，攪拌、超聲后，抽濾，制得用于藥物緩釋的氧化石墨烯薄膜。
[0017] 上述用于藥物緩釋的氧化石墨烯薄膜的制備方法中，所述的氧化石墨烯分散液中 氧化石墨烯的質量濃度同樣為〇· 1?2g/L。所述的聚合物為超支化或樹枝狀聚乙烯亞胺、 超支化或樹枝狀聚酰胺中的一種。所述的聚合物與氧化石墨烯的質量比為0.5?1 : 1。
[0018] 在用于藥物緩釋的氧化石墨烯薄膜的制備過程中直接加入芳香環結構的藥物，可 使帶芳香環結構的藥物分子通過范德華力與氧化石墨烯片層結構有效結合。
[0019] 所述的藥物為環丙沙星、諾氟沙星和四環素中的一種。本發明實施例中的藥物僅 包括上述三種藥物，但以本發明制備方法制備的用于藥物緩釋的氧化石墨烯薄膜，不僅僅 局限于本發明中公開的藥物。本發明制備的氧化石墨烯薄膜可以負載任何帶芳香環結構的 藥物，形成用于藥物緩釋的氧化石墨烯薄膜。
[0020]在用于藥物緩釋的氧化石墨烯薄膜的制備過程中，氧化石墨烯濃度確定后，薄膜 中藥物的結合位點數量也相對固定，放入過量的藥物后，不僅不能提高藥物的負載量，還造 成原材料的過度浪費。所以，所述的藥物與氧化石墨烯的質量比為1?10 : 1。
[0021] 本發明還公開了一種所述的制備方法制備的用于藥物緩釋的氧化石墨烯薄膜。
[0022] 本發明具有以下有益效果：
[0023] 1、本發明通過氨基末端超支化或樹枝狀聚合物將氧化石墨烯進行交聯，形成平整 層狀結構的薄膜，使該薄膜在水環境下具有更好的膜穩定性，能夠防止氧化石墨烯納米粒 子從膜上脫落下來，從而提高藥物緩釋控釋性能，使上述薄膜呈現零級釋放動力學，無暴釋 現象；
[0024] 2、本發明以氨基末端超支化或樹枝狀聚合物作為交聯劑制得的氧化石墨烯薄膜 可明顯增加該薄膜的藥物結合位點，提高藥物負載量；
[0025] 3、本發明制備的用于藥物緩釋的氧化石墨烯薄膜可在潮濕或水環境中緩慢釋放， 維持時間較長；
[0026] 4、本發明提供的制備方法工藝簡單、操作方便。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0027] 圖1為氧化石墨烯薄膜的截面圖；
[0028]圖2為含環丙沙星的用于藥物緩釋的氧化石墨烯薄膜的截面圖；
[0029] 圖3為含環丙沙星的用于藥物緩釋的氧化石墨烯薄膜在pH分別為5. 7、7. 4的PBS 溶液中的釋放曲線；
[0030] 圖4為含環丙沙星的用于藥物緩釋的氧化石墨烯薄膜置于含大腸桿菌培養基24h 后的抑菌效果。

【具體實施方式】
[0031] 為使本發明的目的、技術方案和優點更加清楚，下面通過具體實施例對本發明作 進一步詳細說明。
[0032] 實施例1氧化石墨烯薄膜的制備
[0033] 將l〇mg氧化石墨烯（購自南京先豐納米有限公司，產品編號XF002)加入i〇〇mL去 離子水中超聲 2. 5h，得到氧化石墨烯分散液；向氧化石墨烯分散液中加入lmL濃度為10mg/ mL的超支化聚乙烯亞胺（購自SIGMA-ALDRICH公司，產品編號408727)水溶液，i8〇r/mi n 劇烈攪拌30min后，在200kHz條件下超聲15min，得到均勻的混合液，在CA微濾膜上進行抽 濾，抽濾時間為24h，制得氧化石墨烯薄膜（如圖1)。
[0034] 實施例2以樹枝狀聚乙烯亞胺為交聯劑制備含環丙沙星的用于藥物緩釋的氧化 石墨烯薄膜
[0035] 將l〇mg氧化石墨烯（購自南京先豐納米有限公司，產品編號XF002)加入^(^此去 離子水中超聲2. 5h，得到氧化石墨烯分散液；向氧化石墨烯分散液中加入lmL濃度為5mg/ mL的樹枝狀聚乙烯亞胺（購自SIGMA-ALDRICH公司，產品編號408727)水溶液，180r/min 劇烈攪拌30min后，在200kHz條件下超聲15min，得到均勻的混合液；再向上述混合液中加 入〇· lg環丙沙星（購自阿拉丁試劑公司，產品貨號C119326)，攪拌30min,在200kHz條件 下超聲15min后，在CA微濾膜上進行抽濾，抽濾時間為12h，即制得含環丙沙星的用于藥物 緩釋的氧化石墨烯薄膜（如圖2)。
[0036] 將上述制備獲得的用于藥物緩釋的氧化石墨烯薄膜置于pH值為5· 7和7. 4的PBS 緩沖液中進行藥物釋放測試，并通過紫外分光光度計分析氧化石墨烯薄膜的藥物緩釋性 能，上述用于藥物緩釋的氧化石墨烯薄膜在pH為5. 7的PBS緩沖液中藥物釋放時間為12 小時，在pH為7. 4的PBS緩沖液中藥物釋放時間為40小時，呈現零級釋放動力學，無暴釋 現象（如圖3)。
[0037] 將上述制備獲得的用于藥物緩釋的氧化石墨烯薄膜置于接種了大腸桿菌的瓊脂 培養基上，24小時后，在氧化石墨烯薄膜的周圍觀察到了明顯的抑菌圈（如圖4)。
[0038] 實施例3以超支化聚乙烯亞胺為交聯劑制備含環丙沙星的用于藥物緩釋的氧化 石墨烯薄膜
[0039] 將10mg氧化石墨烯（購自南京先豐納米有限公司，產品編號XF002)加入100mL去 離子水中超聲2. 5h，得到氧化石墨烯分散液；向氧化石墨烯分散液中加入lmL濃度為10mg/ mL的超支化聚乙烯亞胺（購自SIGMA-ALDRICH公司，產品編號408727)水溶液，180r/min 劇烈攪拌30min后，在200kHz條件下超聲15min,得到均勻的混合液；再向上述混合液中加 入0. lg環丙沙星（阿拉丁試劑公司，產品貨號C119326)，攪拌30min，在200kHz條件下超 聲15min后，在CA微濾膜上進行抽濾，抽濾時間為24h，即制得含環丙沙星的用于藥物緩釋 的氧化石墨烯薄膜。
[0040] 將上述制備獲得的用于藥物緩釋的氧化石墨烯薄膜置于pH值為7. 4的PBS緩沖 液中進行藥物釋放測試，上述用于藥物緩釋的氧化石墨烯薄膜的藥物釋放時間達80小時， 呈現零級釋放動力學，無暴釋現象。
[0041] 將上述制備獲得的用于藥物緩釋的氧化石墨烯薄膜置于接種了大腸桿菌的瓊脂 培養基上，24小時后，在氧化石墨烯薄膜的周圍觀察到了明顯的抑菌圈。
[0042] 實施例4以超支化聚酰胺為交聯劑制備諾氟沙星的用于藥物緩釋的氧化石墨烯 薄膜
[0043] 將10mg氧化石墨烯（購自南京先豐納米有限公司，產品編號XF002)加入200mL去 離子水中超聲2. 5h，得到氧化石墨烯分散液；向氧化石墨稀分散液中加入lmL濃度為l〇mg/ mL的超支化聚酰胺（購自SIGMA-ALDRICH公司，產品編號635898)水溶液，180r/min劇烈 攪拌3〇min后，在200kHz條件下超聲Ιδπ?η，得到均勻的混合液；再向上述混合液中加入 0· 05g諾氟沙星（阿拉丁試劑公司，產品貨號N114262)，攪拌30min，在200kHz條件下超聲 Ιδπ?η后，在CA微濾膜上進行抽濾，抽濾時間為Uh，即制得含諾氟沙星的用于藥物緩釋的 氧化石墨烯薄膜。
[0044] 將上述制備獲得的用于藥物緩釋的氧化石墨稀薄膜置于pH值為5. 7的PBS緩沖 液中進行藥物釋放測試，上述用于藥物緩釋的氧化石墨烯薄膜的藥物釋放時間達20小時， 呈現零級釋放動力學，無暴釋現象。
[0045] 將上述制備獲得的用于藥物緩釋的氧化石墨烯薄膜置于接種了大腸桿菌的瓊脂 培養基上，24小時后，在氧化石墨烯薄膜的周圍觀察到了明顯的抑菌圈。
[0046] 實施例5以超支化聚乙烯亞胺為交聯劑制備諾氟沙星的用于藥物緩釋的氧化石 墨烯薄膜
[0047] 將10mg氧化石墨烯（購自南京先豐納米有限公司，產品編號狀〇〇2)加入80mL去 離子水中超聲2. 5h，得到氧化石墨烯分散液；向氧化石墨烯分散液中加入ImL濃度為l〇mg/ mL的超支化聚乙烯亞胺（購自SIGMA-ALDRICH公司，產品編號408727)水溶液，180r/min 劇烈攪拌30min后，在200kHz條件下超聲15min，得到均勻的混合液；再向上述混合液中加 入0. 06g諾氟沙星（阿拉丁試劑公司，產品貨號Ν1142δ2)，攪拌3〇min，在200kHz條件下超 聲15min后，在CA微濾膜上進行抽濾，抽濾時間為18h，即制得含諾氟沙星的用于藥物緩釋 的氧化石墨烯薄膜。
[0048] 將上述制備獲得的用于藥物緩釋的氧化石墨烯薄膜置于pH值為7. 4的PBS緩沖 液中進行藥物釋放測試,上述用于藥物緩釋的氧化石墨烯薄膜的藥物釋放時間達30小時， 呈現零級釋放動力學，無暴釋現象。
[0049] 將上述制備獲得的用于藥物緩釋的氧化石墨烯薄膜置于接種了大腸桿菌的瓊脂 培養基上，24小時后，在氧化石墨烯薄膜的周圍觀察到了明顯的抑菌圈。
[0050] 實施例6以樹枝狀聚酰胺為交聯劑制備四環素的用于藥物緩釋的氧化石墨烯薄 膜
[0051] 將l〇mg氧化石墨烯（購自南京先豐納米有限公司，產品編號XF002)加入lOOmL去 離子水中超聲2. 5h，得到均勻的氧化石墨烯分散液；向氧化石墨烯分散液中加入〇. 5mL濃 度為10mg/mL的樹枝狀聚酰胺（購自SIGMA-ALDRICH公司，產品編號635898)水溶液，180r/ min劇烈攪拌30min后，在200kHz條件下超聲15min，得到均勻的混合液；再向上述混合液 中加入0· lg四環素（阿拉丁試劑公司，產品貨號T105493)，攪拌30min，在200kHz條件下 超聲15min后，在CA微濾膜上進行抽濾，抽濾時間為Uh，即制得含四環素的用于藥物緩釋 的氧化石墨烯薄膜。 ^
[0052]將上述制備獲得的用于藥物緩釋的氧化石墨烯薄膜置于pH值為5. 7的PBS緩沖 液中進行藥物釋放測試，上述用于藥物緩釋的氧化石墨烯薄膜的藥物釋放時間達18小時， 呈現零級釋放動力學，無暴釋現象。
[0053]將上述制備獲得的用于藥物緩釋的氧化石墨烯薄膜置于接種了大腸桿菌的瓊脂 培養基上，24小時后，在氧化石墨烯薄膜的周圍觀察到了明顯的抑菌圈。
【權利要求】
1. 一種氧化石墨烯薄膜的制備方法，其特征在于，包括： (1) 將氧化石墨烯置于水中，進行超聲分散，得到氧化石墨烯分散液； (2) 向氧化石墨烯分散液中加入氨基末端超支化或樹枝狀聚合物，攪拌、超聲后，得到 混合溶液； 1 (3) 將混合溶液抽濾后，制得氧化石墨烯薄膜。
2·如權利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述的氧化石墨j；希分散液中氧化石黑 烯的質量濃度為〇· 1?2g/L。
3.如權利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述的聚合物為超支化或樹枝狀聚乙 烯亞胺、超支化或樹枝狀聚酰胺中的一種。 '
4·如權利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述的聚合物與氧化石墨烯的質量比 為 0. 5 ?1 : 1。
5. -種如權利要求1?4所述的制備方法制備的氧化石墨烯薄膜。
6. -種用于藥物緩釋的氧化石墨烯薄膜的制備方法，其特征在于，包括： (1) 將氧化石墨烯置于水中，進行超聲分散，得到氧化石墨烯分散液； (2) 向氧化石墨烯分散液中加入氨基末端超支化或樹枝狀聚合物，攪拌、超聲后，得到 混合溶液； (3) 將帶有芳香環結構的藥物與混合溶液混合，攪拌、超聲后，抽濾，制得用于藥物緩釋 的氧化石墨烯薄膜。
7·如權利要求6所述的制備方法，其特征在于，所述的藥物為環丙沙星、諾氟沙星和四 環素中的一種。
8. 如權利要求6所述的制備方法，其特征在于，所述的藥物與氧化石墨烯的質量比為 1 ?10 : 1。
9. 一種權利要求6?8所述的制備方法制備的用于藥物緩釋的氧化石墨烯薄膜。
【文檔編號】A61K47/04GK104189910SQ201410400917
【公開日】2014年12月10日 申請日期:2014年8月13日 優先權日:2014年8月13日
【發明者】張 林, 黃鐵凡, 侯立安, 陳歡林 申請人:浙江大學