水溶性L-半胱氨酸碳微球衍生物的制备、表征及流动性研究

摘要

生物医学材料是近几年来迅速发展的一门新兴学科，是现代药剂学和材料学交叉、发展的产物。由于现代药剂学对材料有独特性及专一性的特殊要求，因此，纳米材料在药物和基因输运载体领域得到了广泛应用。靶向载体是指负载有缓释药物颗粒，并能够借助于外场的导向作用，将药物运送到生物体预定的病变部位进行可控释放的材料。虽然纳米载体材料广泛应用于临床还有很大的困难，但是它们对克服肿瘤治疗中的毒副作用、提高化疗疗效具有举足轻重的作用。对于负载治疗药物的载体，需要具有稳定的化学性质、足够高的密度、很大的强度和理想的表面积等特性。而碳微球(CMS)作为一种新兴的具有极大开发潜力和应用前景的碳材料，其球形层状结构赋予了它众多独特的性质，很好的符合了生物载体的各项苛刻要求。但是，由于CMS 仅能溶于对生物体有害的非极性有机溶剂如苯、甲苯、环己烷、氯仿中，无法在生物化学和医学领域得到普遍的应用，因此研究水溶性优良的碳微球衍生物便显得极为重要。
　　 本文利用对人体肝脏具有特殊生物学效应的L-半胱氨酸制备了水溶性碳微球衍生物。采用化学气相沉积法(CVD)，以乙炔为碳源，氩气为载气，二茂铁为催化剂，在1000 ℃裂解高温下制备了碳微球。利用硝酸对碳微球进行酸洗处理后，采用氨基酸化合法将L-半胱氨酸加成到碳微球的表面合成L-半胱氨酸碳微球衍生物，并通过X-射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、红外光谱(IR)、紫外吸收光谱(UV)、热重分析(TGA)、X-射线光电子能谱(XPS)、原子力显微镜(AFM)、光学照片对比等各种检测手段表征所制备的衍生物；创新性地通过小鼠实验考察了本课题所制备的水溶性L-半胱氨酸碳微球衍生物在小鼠肿瘤细胞内的流动性和溶解性。
　　 结果表明：
　　 (1)采用CVD法制备了表面光滑和粒径较均一的碳微球，其粒径尺寸分布在350nm 左右。酸洗处理使产物的石墨化程度得到提高，但并未增加碳微球表面的官能团种类。酸洗处理和水溶性修饰都没有破坏碳微球的结构，表明碳微球具有稳定的化学性能。
　　 (2)水溶性修饰后产物表面具有—OH、— NH3等多种亲水性基团，使得亲脂性的碳微球成为水溶性优良的L-半胱氨酸碳微球衍生物。
　　 (3)XPS和AFM 结果表明水溶性碳微球衍生物的形成是L-半胱氨酸和碳微球之间化学接枝与物理包覆综合作用的结果。
　　 (4)电镜下小鼠肿瘤细胞中衍生物黑色颗粒分布均匀，表明L-半胱氨酸碳微球衍生物在动物体液中有很高的分散性和溶解性。
　　 (5)粒径在350～500nm 范围内的水溶性碳微球衍生物颗粒主要通过胞吞作用进入生物体细胞，从而满足药物载体的要求。