Ni纳米管的合成、碳包覆、细胞毒性及释药性能

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目的:探索纯阿霉素(DOX)在透析袋中释放的影响因素,获得最佳的缓释条件。研究Ni、Ni@C管的最佳合成条件、细胞毒性、载药性能和释药性能,为新型管状纳米药物载体的研究奠定基础。方法:以DOX为药物模型,通过改变透析袋的规格、PBS介质的pH值及浓度等因素,研究不同条件下的DOX累积缓释率和缓释平衡时间,获得纯DOX的最佳缓释条件。利用UV-vis检测介质中DOX的吸光度,利用扫描电子显微镜对透析袋的表面形貌进行表征。利用模板辅助化学沉积技术合成不同规格的镍纳米管,探索模板、镍源、溶剂、时间等因素对镍纳米管形成的影响。通过扫描电子显微镜、透射电子显微镜、X射线粉末衍射仪、振动样品磁强计等对不同条件下所得Ni纳米管的尺寸、形貌、结构、组成及磁性进行表征,借助MTT实验及流式细胞仪研究Ni纳米管的细胞毒性及其对细胞凋亡、细胞周期的影响。通过酸溶解实验研究Ni纳米管的稳定性,利用UV-vis检测不同pH值下Ni纳米管对DOX的释放行为。以葡萄糖为碳源,通过溶剂热法对Ni管进行碳包覆,通过扫描电子显微镜、透射电子显微镜、X射线粉末衍射仪、拉曼光谱仪、电子能谱仪、振动样品磁强计等对不同条件下所得Ni@C的尺寸、形貌、结构、组成及磁性能进行表征。利用MTT实验及流式细胞仪研究Ni@C纳米管的细胞毒性及其对细胞凋亡、细胞周期的影响。通过酸溶解实验研究Ni@C纳米管的稳定性,利用UV-vis检测不同pH值下Ni@C纳米管对DOX的释放行为。结果:1.1000 kDa透析袋的实际平均孔径约为120 nm,3500 Da透析袋的表面孔洞小于10 nm。3500 Da透析袋中,DOX在180分钟可达到释放平衡。三种pH值下,0.001、0.01、0.025 mol·L-1PBS介质对应的DOX累积释放率分别约为68%(2.0)、86%(2.0)、98%(2.0)、62%(5.0)、76%(5.0)、94%(5.0)、42%(7.4)、44%(7.4)、75%(7.4);1000 kDa透析袋中,DOX在160分钟以内可到释放平衡。三种pH值下,0.001、0.01、0.025 mol·L-1 PBS介质对应的累积释放率分别约为88%(2.0)、93%(2.0)、100%(2.0)、84%(5.0)、88%(5.0)、98%(5.0)、32%(7.4)、38%(7.4)、81%(7.4)。2.改变模板规格可以获得直径为80 nm、280 nm、0.2μm的镍纳米管。水溶液中反应1、2、3分钟均可获得Ni纳米管,但PC模板较难打磨。2:1的水和乙醇混合溶剂中,获得的Ni纳米管长径比较大,且PC模板易打磨;1:1的水和乙醇混合溶剂中,也可获得Ni纳米管,但形貌不是非常规整;以单一乙醇为溶剂,获得的Ni管相对较碎、长短不一。在最佳条件下所得Ni纳米管的矫顽力为304.7 Oe,饱和磁化强度为1.15 emu·g-1,剩磁强度为3.6 emu·g-1。Ni纳米管浓度为1250μg·mL-1时,正常肝细胞和HepG2细胞的存活率分别为6%82%和6.44%94.64%。经10μg·mL-1(20μg·mL-1)Ni纳米管处理的HepG2细胞,其早、晚期凋亡率分别为7.7%(23.9%)和8.6%(22.3%),G1期、G2期和S期的细胞比例分别为29.70%(9.24%)、29.10%(12.08%)和41.20%(75.67%);Ni纳米管对DOX的负载效率达99%,Ni@DOX在1000kDa透析袋内,120小时的累积缓释率分别为45%(7.4)、61%(5.0)、73%(2.0)。3.Ni@C纳米管的碳层厚度约为10 nm,且表面含有氨基官能团,其矫顽力为25.3 Oe,饱和磁化强度18.05 emu·g-1,剩磁强度为5.97 emu·g-1。Ni@C纳米管浓度低于50μg·mL-1时,对正常肝细胞和HepG2细胞的毒性很小。经10μg·mL-1(20μg·mL-1)Ni@C纳米管处理的HepG2细胞,其早、晚期凋亡率分别为3.2%(8.0%)和6.4%(8.1%),G1期、G2期和S期的细胞比例分别为49.82%(25.72%)、11.59%(21.62%)和38.59%(56.66%)。Ni管对DOX的负载率仍然保持在99%,Ni@C@DOX在1000 kDa透析袋内,48小时的累积缓释率分别为25%(7.4)、50%(5.0)、54%(2.0)。在0.2-20μg·mL-1的有效DOX浓度下,Ni@C@DOX对HepG2细胞的存活率分别为37.74%77.95%,而纯DOX对HepG2细胞的存活率分别为48.91%85.45%。结论:1.透析袋孔径越大、pH值越小、PBS浓度越大,越有利于DOX的释放。2.Ni纳米管的最佳合成条件是用0.2μm PC模板,在2:1的水醇混合溶剂中反应2分钟。所得Ni纳米管具有一定的磁性、稳定性和细胞毒性,可诱导细胞凋亡。该Ni纳米管可高效负载DOX,并具有一定的酸敏性释药性能。3.溶剂热法获得的Ni@C纳米管具有明显的中空结构和均匀的碳层厚度。相比Ni纳米管,Ni@C纳米管磁性更好,细胞毒性更低,负载效率相当,酸敏释药性能更强。相比纯DOX,Ni@C@DOX具有更强的抗肿瘤活性。
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