羅雪玲，黎 姿，徐雪梅，馮建海

（河池學(xué)院化學(xué)與生物工程學(xué)院，廣西 宜州 546300）

GLOBOCAN2020全球癌癥數(shù)據(jù)統(tǒng)計表明，2020年全球癌癥新增1900萬例，990萬例癌癥患者死亡[1]，由此可見，癌癥的發(fā)病率和死亡率極高。目前，癌癥的主要治療手段有手術(shù)、化療和放療幾類[2]，但是這些常規(guī)治療的局限性較大且缺乏選擇性。最近發(fā)展起來的靶向治療可以抑制癌癥中的特定分子或單一致癌因素，防止細胞的生長和腫瘤的增生[3]，使抗癌藥物能最大限度地發(fā)揮其藥效，從而達到較好的治療作用。

姜黃素是從姜科植物中提取的一種可食用色素，安全無毒。許多研究發(fā)現(xiàn)，姜黃素具有眾多的藥理作用如抗腫瘤、抗炎、抗氧化等[4-7]，被認為是理想的抗癌藥物之一。但姜黃素難溶于水，生物利用率低，抗氧化性差[8-10]，這些缺點極大限制了姜黃素在臨床上的應(yīng)用。為了克服姜黃素的穩(wěn)定性差、生物利用率低等缺點，許多研究者制備了納米粒[11]、脂質(zhì)體[12-13]、介孔材料[14]等藥物載體，以達到運輸藥物的目的，也能讓姜黃素在生物體內(nèi)中更加穩(wěn)定且高效地發(fā)揮其藥效。制備有效的載體是提高姜黃素藥效的主要研究方向。

納米材料具有優(yōu)良的性質(zhì)，使得其在化工[15-16]、醫(yī)學(xué)[17-18]等領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景，同時，納米材料具有較高的靈敏性和選擇性，能滿足現(xiàn)代醫(yī)療技術(shù)的要求[19]。隨著納米技術(shù)的發(fā)展，納米金被發(fā)現(xiàn)具有良好的細胞穿透性、低細胞毒性和溫和的表面化學(xué)性質(zhì)，被多種基團修飾后易獲得對腫瘤細胞的靶向性[20-21]，還具有特殊的物理性質(zhì)和優(yōu)良的生物相容性，是一種具有載藥功能的納米材料，廣泛應(yīng)用于醫(yī)療當中。

納米金還是一種光熱納米材料[22]，能利用激光作用于腫瘤部位，使其局部溫度升高，從而殺死癌細胞，這在腫瘤的治療中更有優(yōu)勢。利用納米材料來傳遞藥物，使其在體內(nèi)的指定地點釋放藥物，不僅可提升藥物的利用率，也能減少化療后出現(xiàn)的副作用。雷彪[23]合成了納米金鏈，將其作為診斷制劑與抗癌藥物的載體，可實現(xiàn)癌癥的診斷和治療。

介孔二氧化硅材料是一種孔徑小于50nm的多孔固體材料[24]，具有較大的比表面積，熱穩(wěn)定性好[25]，被廣泛應(yīng)用于載藥材料的研究。介孔二氧化硅具有的細小孔徑，可以增加載藥空間的容量，從而提高整體的載藥量[26]，并能將藥物穩(wěn)定地吸附而不影響其性質(zhì)，是載藥材料研究的熱點。

我們采用水熱法制備了具有孔隙的納米金微粒，對其負載姜黃素的工藝條件進行了單因素實驗，以期得到最佳的姜黃素濃度、載體質(zhì)量等數(shù)據(jù)，獲得最佳的負載率，并在體外模擬生物的細胞環(huán)境中，進行姜黃素的體外緩釋實驗。

1 材料與方法

1.1 實驗試劑

氯化羥胺(AR)，N-乙基-Y-氨丙基三甲基硅烷(CP)，磷酸二氫鉀(AR)，氫氧化鈉(AR)，硅酸四乙酯(CP)，無水乙醇(AR)，十六烷基三甲基溴化銨(AR)，四氯金酸(CP)，姜黃素(AR)。

1.2 儀器和設(shè)備

Phenom G5 pure型臺式掃描電鏡，ZWY-1102C型恒溫培養(yǎng)振蕩器，NICOLET6700型傅里葉變換紅外光譜儀，Agilent8453型紫外可見分光光度計，MINIFLEX60型X射線衍射儀，DHG-9245A型電熱恒溫鼓風(fēng)干燥箱，DF-101S型集熱式恒溫加熱磁力攪拌器，TGL-18C型高速臺式離心機，HZ-124/35型萬分之一分析天平，LB-550型動態(tài)光散射粒度分析儀，TG/DTA6300型微分熱重分析儀。

1.3 實驗方法

1.3.1 Au納米復(fù)合微粒粗產(chǎn)品的制備

取0.05mol·L-1的CTAB溶液5 mL加入25 mL圓底燒瓶中，放入恒溫水浴鍋中，在35℃條件下反應(yīng)。加入100mol·L-1的HAuCl4溶液4mL，磁力攪拌10min，加入5mL鹽酸羥胺溶液（5 mL去離子水+120 mg鹽酸羥胺），在水浴鍋中恒溫反應(yīng)6h后，加入1mL正硅酸乙酯和1mL的N-氫乙基-Y-氨丙基三甲基硅烷繼續(xù)反應(yīng)2h后，再加入2mol·L-1NaOH溶液2 mL反應(yīng)2h，最后將溶液離心，除去上清液，60℃干燥48h后得到金納米復(fù)合微粒粗產(chǎn)品。

1.3.2 Au納米復(fù)合微粒的制備

準確稱量400mg納米金復(fù)合微粒粗產(chǎn)品，將其加入35 mL的1 mol·L-1的NaOH溶液中靜置20 min，于30℃、60Hz的超聲機中超聲震蕩30min，將溶液重復(fù)多次離心，直至上清液呈中性。用膠頭滴管除去上清液，沉淀在60℃下干燥48h后得到產(chǎn)品。

1.4 樣品表征

1.4.1 Au納米復(fù)合微粒的XRD分析

將烘干的金納米復(fù)合微粒放置在專用的樣品臺上，放入儀器中進行掃描，掃描速度5°·min-1，掃描范圍為10°～90°。

1.4.2 Au納米復(fù)合微粒粗產(chǎn)品、Au納米復(fù)合微粒的粒度表征

將一定量的樣品在去離子水中超聲分散后，將濁液放入儀器中并選擇水相進行測定，每個樣品平行測定3次。

1.4.3 Au納米復(fù)合微粒粗產(chǎn)品、Au納米復(fù)合微粒的掃描電鏡表征

取少量樣品放到導(dǎo)電膠上分散均勻，置于金屬載物臺上，在掃描電鏡上觀察，選取比較有代表性的視野進行微觀拍照。

1.4.4 Au納米復(fù)合微粒、Cur-Au納米復(fù)合微粒的熱重表征

取2個干凈的熱重專用坩堝，放置在對應(yīng)位置進行調(diào)零后，將右邊的坩堝取下，放入10mg左右的樣品，設(shè)置1000℃的溫度對樣品進行灼燒。儀器溫度顯示為室溫時，對數(shù)據(jù)進行保存。

1.4.5 Au納米復(fù)合微粒、Cur-Au納米復(fù)合微粒、姜黃素的紅外光譜表征

將待測樣品和溴化鉀干燥后，取質(zhì)量比為200∶1的溴化鉀和樣品放在瑪瑙研缽中進行充分研磨。將研磨好的粉末壓片，以KBr為空白對照，將壓片放在紅外光譜儀中，在波長4000cm-1～500cm-1下進行掃描分析。

1.5 單因素實驗

1.5.1 不同質(zhì)量的金納米復(fù)合微粒對包封率和載藥量的影響

準確稱取一定質(zhì)量的金納米復(fù)合微粒（5.0、10.0、15.0、20.0、25.0、30.0 mg），分別加入裝有20 mL的1mg·mL-1姜黃素溶液的錐形瓶中，放進搖床中，30℃下恒溫避光震蕩4 h，12000r·min-1離心5min。將上清液稀釋到合適倍數(shù)，測定其紫外吸收吸光度，計算相應(yīng)的包封率和載藥量，考察不同質(zhì)量的金納米復(fù)合微粒對包封率和載藥量的影響。

1.5.2 不同的姜黃素濃度對包封率和載藥量的影響

配制不同濃度的姜黃素溶液（0.5、1.0、1.5、2.0、2.5、3.0mg·mL-1），準確量取20mL各個濃度的姜黃素溶液，分別加入250mL錐形瓶中，稱量最優(yōu)的金納米復(fù)合微粒質(zhì)量，分別加入到各個濃度的姜黃素溶液中，后續(xù)操作與1.5.1相同，考察不同的姜黃素濃度對包封率和載藥量的影響。

1.5.3 不同的反應(yīng)時間對包封率和載藥量的影響

準確稱取最優(yōu)質(zhì)量的金納米復(fù)合微粒，加入20 mL最優(yōu)濃度的姜黃素溶液中，在30℃、避光的搖床中反應(yīng)，并在不同的反應(yīng)時間（2h、6h、12h、24h、48h），用針筒過濾器將少量的姜黃素進行過濾，將姜黃素濾液稀釋到一定倍數(shù)后，測定吸光度，并計算相應(yīng)的時間，考察不同的反應(yīng)時間對包封率和載藥量的影響。

1.5.4 最優(yōu)條件下Cur-Au納米微球的制備

準確稱量4份最優(yōu)質(zhì)量的納米金復(fù)合微粒，分別加入20mL最優(yōu)濃度的姜黃素溶液中，放置在搖床中，30℃下恒溫避光震蕩最優(yōu)的反應(yīng)時間。反應(yīng)完成后將溶液離心，沉淀在60℃烘箱中避光烘干。將上清液的姜黃素稀釋到一定倍數(shù)后測定吸光度，計算得到最優(yōu)的金納米復(fù)合微粒的包封率和載藥量

1.6 包封率、載藥量和緩釋實驗

1.6.1 姜黃素乙醇溶液標準曲線的測定

精密稱量姜黃素5mg溶于50mL乙醇中，配制成0.1mg·mL-1的姜黃素乙醇原液，再將原液配制成0.5、1.0、2.0、4.0、6.0、8.0mg·L-1的標準姜黃素乙醇溶液。用無水乙醇作為空白液，姜黃素最大吸收波長為427 nm，用紫外-可見分光光度計在427 nm波長下測定各個濃度的吸光度，得到相應(yīng)濃度下姜黃素溶液的吸光度。以吸光度A為縱坐標，以濃度C（mg·L-1）為橫坐標，繪制散點圖，得到姜黃素乙醇溶液的標準曲線。

1.6.2 包封率和載藥量的測定

精確吸取一定量未經(jīng)處理的上清液，將其加入5 mL棕色容量瓶中，加入無水乙醇定容，測定吸光度，并根據(jù)以下公式計算包封率和載藥量。

1.6.3 姜黃素-乙醇-磷酸緩沖液標準曲線的測定

取一定量的0.1mg·mL-1的姜黃素乙醇溶液放入5 mL錐形瓶，用pH=6.5的磷酸鹽緩沖液定容，然后在427 nm的最大吸收波長下測定吸光度，得到相應(yīng)濃度下的吸光度，并以濃度C（mg·L-1）為橫坐標，吸光度A為縱坐標，繪制散點圖，得到標準曲線。

1.6.4 姜黃素-金納米復(fù)合微粒體外釋放藥物

實驗組：稱取一定質(zhì)量的姜黃素-金納米復(fù)合微粒，加入一定體積的無水乙醇進行分散，并將其轉(zhuǎn)移至透析袋中，再加入pH=6.5的磷酸鹽緩沖溶液50 mL，放置在37 ℃、160 r·min-1的恒溫搖床中進行避光震蕩。分別于0.5、1.0、2.0、4.0、6.0h時，取磷酸鹽緩沖液5mL，測定其吸光度，測完后將取出來的溶液再放回到相應(yīng)的錐形瓶中，使其繼續(xù)緩釋。

空白組：取一定質(zhì)量的姜黃素，用10mL無水乙醇分散后轉(zhuǎn)移至透析袋，之后的操作同實驗組。

2 結(jié)果分析與討論

2.1 材料形貌結(jié)構(gòu)的分析與討論

2.1.1 Au納米復(fù)合微粒的XRD圖分析

由PDF標準卡片可知，Au的標準衍射峰為38.26°、44.60°、64.78°、77.55°等。圖1為金納米復(fù)合微粒的X射線粉末衍射圖，由圖可知，該材料在與標準卡片對應(yīng)的位置都出現(xiàn)了衍射峰，而且在38.30°時衍射峰的強度最大，表明制備的材料中存在Au。主要的衍射峰清晰且尖銳，表明復(fù)合微粒的晶形較好，晶化程度較高。

圖1 Au納米微球材料的XRD圖Fig.1 XRD image of nanometer microsheres

2.1.2 Au納米復(fù)合微粒粗產(chǎn)品、Au納米復(fù)合微粒的粒度分析

作為藥物載體的納米材料，是粒徑介于10～1000nm的固體顆粒。由圖2可知，金納米復(fù)合微粒粗產(chǎn)品的平均粒徑為593.4 nm，由圖3可知，粗產(chǎn)品經(jīng)NaOH處理后得到金納米復(fù)合微粒，其粒徑有明顯降低，最后得到的復(fù)合微粒的平均粒徑為259.6 nm，粒徑較小且分散性良好。對于藥物載體來說，載體的粒徑越小，在生物體內(nèi)的運輸會更加方便，更加有利。

圖2 Au納米復(fù)合微粒粗產(chǎn)品粒度分析圖Fig.2 Particle size analysis diagram of Au nanometer coarse products

圖3 Au納米復(fù)合微粒粒度分析圖Fig.3 Au nanoparticle particle size nanlysis diagram

2.1.3 Au納米復(fù)合微粒粗產(chǎn)品、Au納米復(fù)合微粒的掃描電鏡分析

金納米復(fù)合微粒和姜黃素-金納米復(fù)合微粒的掃描電鏡結(jié)果見圖4、圖5。由圖4(a)可以看出，復(fù)合微粒沒有固定的形狀，形態(tài)各異，顆粒大小分布不均，效果較差。由圖4(b)可看出，粗產(chǎn)品有很多小顆粒，堆積在一起，分散不完全，造成復(fù)合微粒的體積較大，而且孔隙也很小，不能有效地負載藥物。

圖4 金納米復(fù)合微粒粗產(chǎn)品電鏡分析圖Fig.4 Electron microscope analysis of gold nanocomposite particles

由圖5(a)可看出，經(jīng)NaOH處理后的金納米復(fù)合微粒的直徑在5～10 μm左右，尺寸明顯減小，分散性較好，微粒的形態(tài)較為圓整，大小較為均一。由圖5(b)可以清楚地看到，經(jīng)NaOH處理后的金納米復(fù)合微粒呈鱗片狀，表面較為粗糙，片狀與片狀之間相互堆積，形成一個新的納米金微粒，使其作為一個載體。片狀微粒在堆積時形成了一些小孔，這些小孔可以有效地包裹住姜黃素，將姜黃素運輸?shù)街付ㄎ恢茫植黄茐慕S素的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)。

圖5 金納米復(fù)合微粒電鏡分析圖Fig.5 Electron microscopic analysis of gold nanocomposite particles

2.1.4 Au納米復(fù)合微粒及Cur-Au納米復(fù)合微粒的熱重圖分析

圖6是金納米復(fù)合微粒和姜黃素-金納米復(fù)合微粒的熱重分析圖譜。由圖可知，金納米復(fù)合微粒經(jīng)高溫灼燒后，質(zhì)量由9.02 mg減少為8.87 mg，失重百分比由100 %變成98.31 %。姜黃素-金納米復(fù)合微粒經(jīng)相同的處理后，質(zhì)量由11.43 mg減少為11.22 mg，失重百分比由100 %變?yōu)?7.84 %。

圖6 Au、姜黃素-Au材料的微分熱重圖Fig.6 Differential thermogravimetric diagram of Au and Cur-Au materials

失重比的降低較小，說明制備的納米微粒較為穩(wěn)定，能在體內(nèi)穩(wěn)定存在，其性質(zhì)不易被改變，對于運輸藥物也更加有利。負載姜黃素的金納米復(fù)合微粒有一定的失重率損失，在一定程度上證明了姜黃素的存在。

2.1.5 Au納米復(fù)合微粒、姜黃素-Au納米復(fù)合微粒、姜黃素的紅外光譜分析

圖7為姜黃素、姜黃素-金納米復(fù)合微粒和金納米復(fù)合微粒的紅外吸收光譜。由圖7的姜黃素紅外譜圖可知，3450 cm-1出現(xiàn)了?OH伸縮震動吸收峰，1628cm-1出現(xiàn)了?OH面內(nèi)彎曲震動，1510 cm-1附近是苯環(huán)結(jié)構(gòu)，2923 cm-1出現(xiàn)的較強吸收峰，主要是?C?H伸縮震動峰，符合姜黃素的基本結(jié)構(gòu)，這些峰都是姜黃素的特征峰。

圖7 姜黃素、姜黃素-Au、Au紅外吸收光譜圖Fig.7 Infrared absorption spectra of Cur,Cur-Au and Au

Au的紅外譜圖較為單一，主要出現(xiàn)了2360cm-1和2341cm-1這2個特征峰。姜黃素-Au納米復(fù)合微粒的紅外光譜圖中不僅在1629 cm-1出現(xiàn)了?OH面內(nèi)彎曲震動，也在3426cm-1出現(xiàn)了?OH伸縮震動吸收峰。姜黃素-Au納米復(fù)合微粒的紅外光譜不僅在一定位置出現(xiàn)了單料的特征峰，還出現(xiàn)了姜黃素的特征峰，說明納米金復(fù)合微粒上成功負載了姜黃素。

2.2 單因素實驗結(jié)果分析

2.2.1 Au納米復(fù)合微粒的最優(yōu)質(zhì)量

由表1可知，其他條件相同時，金納米復(fù)合微粒質(zhì)量為25 mg時的包封率最大，復(fù)合微粒質(zhì)量為10 mg時的載藥量最大。當復(fù)合微粒質(zhì)量為20 mg時，包封率和載藥量相對來說都比較好?？紤]到實驗數(shù)據(jù)及可行性等各種因素，復(fù)合微粒質(zhì)量20 mg是最優(yōu)質(zhì)量。

表1 不同復(fù)合微粒質(zhì)量的包封率和載藥量結(jié)果Table 1 The encapsulation rate and drug loading under different composite particle mass

2.2.2 姜黃素的最優(yōu)濃度

由表2可知，其他條件都相同時，姜黃素濃度為1.0mg·mL-1時的包封率最大，姜黃素濃度為3.0mg·mL-1時的載藥量最大。綜合考慮，姜黃素濃度為3.0mg·mL-1時單料的包封率和載藥量都較好，因此，最優(yōu)的姜黃素濃度為3.0mg·mL-1。

表2 姜黃素濃度不同時的包封率和載藥量結(jié)果Table 2 The encapsulation efficiency and drug loading with different ccurcumin concentration

2.2.3 最優(yōu)的姜黃素吸附時間

由表3可知，其他反應(yīng)條件都相同時，單料吸附姜黃素的時間為6h，計算得到的包封率和載藥量都最大，因此，復(fù)合微粒吸附姜黃素的最優(yōu)時間為6h。

表3 姜黃素的吸附時間不同時的包封率和載藥量結(jié)果Table 3 The encapsulation efficiency and drug loading with different adsorption time of curcumin

2.2.4 黃素乙醇溶液標準曲線的結(jié)果與分析

將配制好的姜黃素-乙醇標準溶液，在最大吸收波長427 nm下測定其吸光度，得到的標準曲線見圖8。在427nm處，姜黃素-乙醇溶液的回歸方程為A=0.1723C-0.015（R2=0.9997）。由標準曲線可知，姜黃素-乙醇溶液在濃度為0.5～8.0 mg·L-1時有良好的線性關(guān)系。如圖9所示，姜黃素-乙醇-緩沖溶液的回歸方程為A=0.0751C-0.01（R2=0.9999），表明姜黃素乙醇磷酸緩沖液也有較好的線性關(guān)系。

圖8 姜黃素-乙醇溶液標準曲線圖Fig.8 Standard curve of curcumin-ethanol solution

圖9 姜黃素-乙醇-磷酸緩沖液標準曲線圖Fig.9 Curcumin-ethanol-phosphoric acid bufferstandard curve

2.3 材料的載藥量和緩釋性能

2.3.1 姜黃素-金納米復(fù)合微粒的包封率和載藥量的結(jié)果與分析

表4是平行制作的4組負載姜黃素的金納米復(fù)合微粒的包封率和載藥量結(jié)果。實驗結(jié)果表明，制備的姜黃素金納米復(fù)合微粒具有較好的包封率和載藥量，作為藥物載體比較合格。

表4 最優(yōu)條件下的包封率和載藥量結(jié)果

2.3.2 材料的載藥緩釋性能結(jié)果與分析

由圖10可知，只用姜黃素進行體外緩釋實驗時，姜黃素的釋放率很快，緩釋的前2h，甚至出現(xiàn)了突釋現(xiàn)象，這種緩釋結(jié)果是較差的。對于生物體來說，如果藥物的釋放率較快，則達不到所需的治療效果，還可能對其他細胞造成損傷，導(dǎo)致出現(xiàn)嚴重的副作用。

圖10 姜黃素、姜黃素-Au材料的緩釋圖Fig.10 Slow-release diagram of Cur and Cur -Au materials

用姜黃素-金納米復(fù)合微粒組合體進行體外緩釋實驗時，藥物釋放較慢，6h姜黃素的釋放率僅為6.4%，沒有出現(xiàn)突釋現(xiàn)象，緩釋率較低，效果較好。對于生物體來說，較慢的藥物釋放率更容易接受，也使載體能夠到達指定地點后再釋放藥物，增加了殺死癌細胞的幾率。由此可見，姜黃素負載在金納米復(fù)合微粒上，實現(xiàn)了藥物長時間釋放的效果，既可以降低藥物對人體產(chǎn)生的副作用，也能更有效地殺死癌細胞，因此將姜黃素負載在金納米復(fù)合微粒上，可以有效地將藥物進行緩釋。

3 結(jié)論

本文采用水熱法，成功制備了金納米復(fù)合微粒，并對其進行了XRD、掃描電鏡、紅外光譜等表征。表征結(jié)果表明，微粒的形態(tài)較好，尺寸大小較為均勻，符合預(yù)設(shè)目標。同時成功制備出負載了姜黃素的金納米復(fù)合微粒，并對姜黃素的濃度和單料質(zhì)量進行了單因素實驗，結(jié)果表明當姜黃素濃度為3mg·mL-1、單料質(zhì)量為20mg時，復(fù)合微粒的包封率和載藥量最大，平均包封率為11.01%，平均載藥量為35.48%，結(jié)果較好。

從體外緩釋的實驗結(jié)果可知，負載了姜黃素的金納米復(fù)合微粒的性質(zhì)，較單純的姜黃素更為穩(wěn)定，在相同的實驗條件下，負載了姜黃素的金納米復(fù)合微粒在體外釋放姜黃素的速度較為緩慢，而單純的姜黃素釋放率較大，表明金納米復(fù)合微粒有較好的穩(wěn)定性，對姜黃素有一定的保護作用，可增加姜黃素在生物體內(nèi)的穩(wěn)定性，也能最大限度地發(fā)揮其藥效。相關(guān)的載藥物質(zhì)的生物體內(nèi)緩釋實驗及有效劑量等，還有待進一步進行研究。