一种二氧化硅介孔材料在制备重金属中毒的解毒药物中的应用

摘要

一种二氧化硅介孔材料在制备重金属中毒药物中的应用，本发明提出一种全新的药物用于阻断肠肝循环的，解毒重金属。其二氧化硅材料具有介孔结构，所述的介孔的孔道内表面，介孔外表面都修饰连接有带巯基的功能基团，将所述的二氧化硅介孔材料制备成在胃肠道内吸附重金属中毒的解毒药物。

说明书

技术领域：

本发明涉及一种二氧化硅材料在制备重金属中毒的解毒药物中的医药用途。

背景技术：

随着现代工业的发展，对于环境的污染也日益加重，重金属中毒的患者也日益增多，重金属中毒的主要毒理机制在于重金属或其化合物竞争性地与含巯基的蛋白质结合，一些重要的酶蛋白的活性从而受到抑制，正常的生理活动失效，导致中毒症状以致死亡。

肝脏是人体的解毒器官，大部分的有毒物质均富集在肝脏中间，如铅中毒患者的胆汁中的铅离子浓度比血液中的铅离子浓度要高400-600倍。其释放的胆汁中的铅等重金属离子在进入小肠以后，绝大部分又会被小肠所吸收，从而形成肠肝循环，通过人的自主代谢，铅离子在人体内的半衰期是30年，其对人体的毒害是慢性和长久的，而人体的体内最好是无铅环境。现有的特效解毒金属络合剂，多是巯基类的如二巯基丁二酸钠、二巯基丙磺酸钠、二巯基丙醇及氰胺酶等，争夺重金属的能力更强，是常用的一类治疗重金属中毒的药物，是急性中毒时有力应急治疗手段。但是对于慢性中毒或亚中毒之类损伤健康的状况，它缺乏长效作用机制，现有的口服药物作用机理是被肠道吸收进入循环系统，然后将血液中间的铅离子争夺下来后形成络合物，然后再被代谢出体外，因而现有的解毒金属的络合剂缺陷在于：第一其参与全身的循环作用，毒副作用大，第二、由于重金属在人体内的分布却是很不平衡的，血液中铅等重金属离子的浓度只是其在人体存在的一种形式，其相对浓度并不是很高，所以现有的特效解毒金属络合剂解毒仍存在着效率不高，需要长期反复用药。

发明内容：

本发明的药物的解毒关健在于，发明人另辟蹊径采取了与现有的药物不同的络合重金属的路径。由于重金属在人体内的分布却是很不平衡的，比如铅90％集中在骨骼中，血液中的铅与之保持动态平衡，同时不同类别的重金属分布也不一样。但是血液中的重金属离子也会与肝脏中的重金属浓度保持动态平衡，一旦肝脏中的重金属离子浓度降低，那么肝脏就又会开始蓄积血液中间的重金属离子，随着血液中间铅离子的浓度降低，储存在骨骼中间的铅就会被转运到血液中来，因此，发明人采用的是阻断重金属离子的肠肝循环的方式，通过口服的方式实现，其作用的机理在于根据重金属离子在胆汁中间的高含量，利用巯基修饰的二氧化硅介孔材料的作为吸收剂，通过本发明的药物所具有的能与胆汁中间重金属离子的络合作用，将重金属离子争夺下来，并且吸附在本发明的药物上，由于本发明药物的带巯基二氧化硅介孔材料的特定功效和稳定性等特征，不能够被胃肠道吸收破坏，从而达到阻断重金属离子的肠肝循环目的，以此达到治疗重金属中毒的效果。本发明的药物可以源源不断的地在肠道吸收重金属离子，将肝脏中间的重金属离子浓度降低，则人体内的重金属离子也会源源不断的降低，对以铅为主的重金属具有良好解毒效率。

因此，本发明的目的在于提出一种全新的药物用于阻断肠肝循环的，解毒重金属，即一种二氧化硅介孔材料在制备重金属中毒的解毒药物中的应用。

本发明的应用在于将所述的二氧化硅介孔材料制成在胃肠道内吸附的重金属中毒的解毒药物；本发明的二氧化硅材料具有介孔结构，所述的介孔的孔道内表面，介孔外表面都修饰连接有带巯基的功能基团；将所述的二氧化硅介孔材料制备成在胃肠道内吸附重金属中毒的解毒药物。

本发明的药物的服用方式为口服。

所述的二氧化硅材料还可具有核壳构造，其核为磁性纳米氧化铁颗粒，壳为修饰连接有带巯基功能基团的二氧化硅介孔材料。即为本发明具有解毒重金属功效的磁性纳米氧化铁颗粒的核壳结构的二氧化硅。可以通过二氧化硅材料制备过程中添加纳米氧化铁材料实现。

所述的二氧化硅材料具有介孔结构，其介孔尺寸在2-20纳米之间。优选3-18纳米。

所述的带巯基的功能基团最优选为HS(CH₂)n，n选自3～10。但由于，本发明的原料为硅烷，由于硅烷是一类含硅基的有机/无机杂化物，其基本分子式为：R′(CH2)nSi(OR)₃。其中OR是可水解的基团，R′是有机官能团。硅烷在水溶液中通常以水解的形式存在：

-Si(OR)₃+H2OSi(OH)₃+3ROH，硅烷分子通过SiOH基团之间的缩聚反应在介孔材料的内部和表面形成具有Si-O-Si三维网状结构的硅烷膜，因而在本领域的技术人员以容易联想到的方式，通过对R′有机官能团的进一步修饰和处理加挂上巯基功能基团，这样就同样可以达到吸附重金属的效能。

本发明的药物可作为重金属包括铅、镉、锡及铋中的一种或几种的解毒药物。

本发明的药物是将所述的二氧化硅介孔材料制成口服药物。

本发明所述的二氧化硅介孔材料可直接作药物口服用于解毒重金属中毒；或是将所述的二氧化硅介孔材料作为有效成分与药学上可授受的辅料一起制成口服制剂；或是将所述的二氧化硅介孔材料作为有效成分和其它用于解毒重金属中毒的有效成分混合一起作用。

本发明的二氧化硅介孔材料呈球形或不规则的片状。

为使本发明的二氧化硅介孔材料制备成在胃肠道内吸附重金属的药物，本发明的二氧化硅介孔材料，可以通过直接制备成尺寸在不被(或不易)被胃肠道吸收的尺寸范围内，如球形的直径不低于100nm，不规则的片状至少有一个长或宽不低于500纳米。其中球形的直径在100～2000纳米之间为宜；优选在500～1200纳米之间。不规则的片状在500纳米～30微米间为宜；优选在500纳米～20微米之间；也可以是将二氧化硅介孔材料与药学上其它可以和该材料紧密结合不易分离的辅料一起将其尺寸限定在不被(或不易被)胃肠道吸收的尺寸范围内。

所述的口服制剂的剂型包括片剂、胶囊、颗粒剂或口服液等等。

本发明的药物结构稳定，不会被消化系统消化吸收，破坏，且最后会做为大便排除体外，从而达到阻断重金属离子的肠肝循环目的，达到解毒重金属中毒的疗效。

我们选用药物所具有介孔材料应尽可能的扩大其比表面积，本发明的药物的介孔材料的比表面积优选大于300平方米/克，从而能够携带尽可能多的巯基，同时本发明药物的二氧化硅介孔材料做为吸收剂还具有生物安全性，无毒性，稳定性好，不能够被消化吸收等优点。其中，我们最优选HS(CH₂)n功能基团，获得的药物，其巯基功能基团与介孔二氧化硅材料之间通过稳定化合键亚甲基相连，从而避免被消化系统破坏脱落，产生毒性。

另外，我们还可以选具有磁性纳米氧化铁颗粒的核壳结构的球形二氧化硅材料；从而利用磁性使药物固定在十二指肠内，从而尽量延长其与胆汁接触机会和混合时间，从而达到更好的排铅作用。

本发明药物应用的优点在于：

1.提出并且开发出新的用于阻断重金属离子肠肝循环的药物。

2.该药物的作用机理在于争夺胆汁中的重金属离子，作用效率高，疗效好。

3.该药物不会被消化系统吸收，稳定性好，毒副作用小。

4.本发明的带巯基二氧化硅介孔材料参数可调节，以适应不同的需求。这里所指的参数包括整体形态(球形、片状等)、整体大小、孔道大小与数量、带或不带磁性核以及采用哪种巯基功能基团。

本发明药物的制备可以按以下前接枝法实现过程如以下反应式1、2、3所示：

反应式1：TEOS水解反应

反应式2：巯基硅烷水解反应(以γ-巯丙基三乙氧基硅烷为例，还可选用γ-巯丙基甲基二甲氧基硅烷)

反应式3：

TEOS与γ-巯丙基三乙氧基硅烷的水解缩聚反应式

分子式表述为：HS(CH₂)₃(SiO₂)n，具有介孔硅骨架。结构简示参见图1。

本发明的材料的制备可选用如下方式中的一种实现：

a.将表面活性剂加入到含有正硅酸乙酯的反应溶剂中，搅拌混合均匀，加入氨水或盐酸和去离子水，50-1000RPM速度搅拌反应生成带有介孔结构的材料，陈化0.5-96小时，过滤或者透析，干燥后得到产物A待用。所述的表面活性剂是阳离子型或阴离子型表面活性剂，如CTAC、CTAB、F127、P123等。

b.(后接枝法)将除去模板剂(即表面活性剂)的产物A在干燥后，将其分散于无水甲苯中，然后加入γ-巯丙基甲基二甲氧基硅烷，在110℃回流反应。反应所得白色固体粉末经过滤，CH₂Cl₂洗涤，然后用无水乙醇洗涤，除去过量的硅烷，干燥后即得到所需的功能化介孔硅材料B1，即本发明所述具有解毒重金属的二氧化硅材料。反应的原理如上反应式2、3所示。

c.(前接枝法)将表面活性剂反应溶剂中，搅拌混合均匀，加入氨水或盐酸和去离子水，缓慢加入正硅酸乙酯，搅拌一段时间再缓慢滴入γ-巯丙基三乙氧基硅烷，其中γ-巯丙基三乙氧基硅烷与正硅酸乙酯的摩尔比为3％-20％，优选为5％-15％，然后50-1000RPM速度搅拌反应生成带有介孔结构并挂上-HS功能基团的材料，陈化0.5-96小时，过滤或者透析，再使用含0.1M盐酸乙醇溶液采用萃取或是搅拌的方式去除模板剂后得到功能化介孔硅材料B2，即本发明所述具有解毒重金属的二氧化硅材料。

d.用稀盐酸溶液清洗纳米Fe₃O₄粉末，配制好合适溶度的柠檬酸钠溶液，然后用柠檬酸钠溶液分多次加入烧杯中将清洗好的铁粉转移到圆形烧瓶中，直至最后将烧杯中的铁粉全部冲洗干净，将剩下的柠檬酸钠溶液也全部倒入烧瓶中；水浴加热快速搅拌反应约6h，最终得到产物D1；

e.将样品D1用乙醇和去离子水清洗数次，将清洗好的铁粉加去离子水配置成Fe₃O₄悬浮液，记为产物D；

f.(前接枝法)取适量样品D将其分散在去离子水与无水乙醇的混合乙醇溶液中，加入氨水，超声分散均匀，水浴加热搅拌，然后向烧瓶中缓慢滴加适量TEOS，然后让TEOS预水解；预水解后向烧瓶中缓慢滴加巯基硅烷，然后持续水浴加热搅拌反应3～6h，最终磁分离得到功能化铁磁核壳材料C1，即具有解毒重金属功效的磁性纳米氧化铁颗粒的核壳结构的二氧化硅材料。

g.(后接枝法)取适量样品D将其分散在去离子水与无水乙醇的混合乙醇溶液中，加入适量的氨水，超声分散均匀，水浴加热搅拌，然后向烧瓶中缓慢滴加适量TEOS，然后持续水浴加热搅拌反应3～6h，最终磁分离得到产物E；

将产物E分散于的无水甲苯中，然后加入巯丙基三甲氧基硅烷，在110℃回流反应。反应所得产物经过滤，CH₂Cl₂洗涤，然后用无水乙醇洗涤，除去过量的硅烷，干燥后即得到所需的功能化铁磁核壳结构材料C2，具有解毒重金属功效的磁性纳米氧化铁颗粒的核壳结构的二氧化硅材料。

附图说明

图1为本发明的材料的分子结构示意图。

图2取巯基功能化核壳结构材料浸泡于PH＝7且铅离子溶度为500mg/L的水溶液中，5小时以后取出材料检测其红外吸收光谱，并与没有络合铅离子材料的红外光谱相比较，a为巯基核壳材料的红外谱图，b为络合铅离子以后的材料。

图3为本发明具有解毒重金属功效的磁性纳米氧化铁颗粒的核壳结构的二氧化硅TEM图

图4为CTAB球形具有解毒重金属的二氧化硅介孔材料TEM图。

图5为CTAB片状具有解毒重金属的二氧化硅介孔材料透射电镜图。

图6为P123粉体片状具有解毒重金属的二氧化硅介孔材料电镜图。

图7为F127粉体片状具有解毒重金属的二氧化硅介孔材料电镜图。

图8为巯基化CTAB二氧化硅介孔材料MCM-41的氮吸附-脱附及孔径分布图；材料比表面积约为800.61m²/g，其有效孔容为0.8839cm³/g，说明材料不仅具有较大的比表面积，也具有较高的容量，这使得材料能够携带的巯基功能基团有较高的量，其最终能够实现的治疗效果也越明显。

图9、图10、图11为实施例14中在PH值为3，5，7，9的水溶液中分别加入本发明的具有核壳结构，CTAB及P123巯基二氧化硅介孔材料对铅吸附能力实验效果图。

图12为实施例15中，P123巯基二氧化硅介孔材料在水溶液环境下对多种重金属离子的吸附能力实验效果图。

图13为实施例16中核壳结构巯基二氧化硅介孔材料在PBS溶液中对重金属离子的吸收实验效果图。

图14为实施例17中具有核壳结构及P123巯基二氧化硅介孔材料SD大鼠铅药效试验图。

图15，二氧化硅介孔材料在修饰巯基功能化后的红外光谱对照图谱，a为纯介孔材料吸收图，b为巯基功能化后的材料吸收图。

具体实施方式：

以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

实施例1

将2.0g的CTAB加入到270ml的去离子水与205ml的氨水溶液中，超声分散，加热搅拌时溶液澄清，然后缓慢滴加10ml的TEOS，常温下反应2～3h，过滤得中间产物A；

实例2

将2.7g的F127分散在15mL浓盐酸与110ml去离子水的混合水溶液中，32℃水浴搅拌3h，然后滴加9.1ml的TEOS，继续搅拌10min，静置陈化20h，过滤可得中间产物A；

实施例3

将2.0g的P123分散在45ml的去离子水与28ml的4mol/L的HCl混合溶液中，40℃水浴搅拌反应1h后滴加4.76ml的TEOS，继续40℃水浴温度下搅拌反应1day，过滤干燥可得中间产物A；

实施例4

(后接枝法)取去除模板剂的1g以上实施例中任一中间产物A于100℃干燥12h后，将其分散于30ml的无水甲苯中，然后加入3ml的巯丙基三甲氧基硅烷，在110℃回流反应24h。反应所得白色固体粉末经过滤，CH₂Cl₂洗涤，然后用无水乙醇洗涤，除去过量的硅烷，在60℃干燥24h后即得到所需的功能化介孔硅材料B1；

实施例5

(前接枝法)将2.0g的CTAB加入到270ml的去离子水与205ml的氨水溶液中，超声分散，加热搅拌时溶液澄清，然后缓慢滴加10ml的TEOS，让TEOS预水解0.5h，然后滴加1.5ml的巯丙基三甲氧基硅烷，并在常温下继续反应2～3h，过滤干燥，并烧结得功能化介孔硅材料B2；

实施例6

将2.0g的P123分散在45ml的去离子水与28ml的4mol/L的HCl混合溶液中，40℃水浴搅拌反应1h后滴加4.76ml的TEOS，待TEOS预水解0.5h后向反应体系中滴加0.5ml的巯丙基三甲氧基硅烷，并继续40℃水浴温度下搅拌反应1day，过滤干燥可得功能化介孔硅材料B2；

实施例7

用100ml稀盐酸溶液分三次清洗重约6g的纳米Fe₃O₄粉末，用玻璃棒搅拌1～2分钟，然后用磁铁吸附在小烧杯底部，将棕黄色的上清液倒去，并用去离子水重复多洗几次，同样磁铁吸附倒去上清液，备用；配制好400ml浓度为0.5mol/L的柠檬酸钠溶液，然后用柠檬酸钠溶液分多次加入烧杯中将清洗好的铁粉转移到圆形烧瓶中，直至最后将烧杯中的铁粉全部冲洗干净，将剩下的柠檬酸钠溶液也全部倒入烧瓶中；装置好搅拌装置，并将水浴锅的温度设置在60℃，将烧瓶装入搅拌装置，快速搅拌反应约6h，最终得到中间产物A1；

实施例8

将样品中间产物A1用乙醇清洗2～3次，然后用去离子水再清洗2～3次(同样的用磁分离的方式滤去上清液)，将清洗好的铁粉加去离子水配置成浓度为30mg/ml的Fe₃O₄悬浮液，记为中间产物D；

实施例9

(前接枝法)取30ml样品中间产物D(注意在取之前要将悬浮液摇晃均匀，否则悬浮液的浓度难以保证)，将其分散在60ml去离子水与240ml无水乙醇的混合乙醇溶液中，加入3ml的氨水，超声分散均匀，然后转移至三口烧瓶中；装置好搅拌装置，设置水浴温度为40℃，将三口烧瓶装入水浴搅拌装置中开始搅拌，搅拌速度适中，然后向烧瓶中缓慢滴加适量TEOS，然后让TEOS预水解0.5h左右；预水解后向烧瓶中缓慢滴加适量的巯基硅烷，然后持续40摄氏度水浴搅拌反应3～6h，最终磁分离得到功能化铁磁核壳结构二氧化硅介孔材料C1；

实施例10

(后接枝法)取30ml样品B1(注意在取之前要将悬浮液摇晃均匀，否则悬浮液的浓度难以保证)，将其分散在60ml去离子水与240ml无水乙醇的混合乙醇溶液中，加入3ml的氨水，超声分散均匀，然后转移至三口烧瓶中；装置好搅拌装置，设置水浴温度为40℃，将三口烧瓶装入水浴搅拌装置中开始搅拌，搅拌速度适中，然后向烧瓶中缓慢滴加适量TEOS，然后持续40摄氏度水浴搅拌反应3～6h，最终磁分离得到产物E；

实施例11

取1g中间产物E于100℃干燥12h后，将其分散于30ml的无水甲苯中，然后加入3ml的巯丙基三甲氧基硅烷，在110℃回流反应24h。反应所得红褐色固体粉末经磁分离后，用CH₂Cl₂洗涤2～3次，然后用无水乙醇洗涤2～3次，除去过量的硅烷，在60℃干燥24h后即得到所需的功能化铁磁核壳结构二氧化硅介孔材料C2；

实施例12

动物急毒性实验，取SD大鼠24只，雌雄各半，每天灌喂本发明新药100毫克，共14天，未见SD大鼠有明显中毒症状，无死亡，14天后处死大鼠，解剖后对其所有内脏组织进行的硅元素检测均与空白对照老鼠的含量接近，同时检测收集好的老鼠喂食后24小时排出粪便的硅元素含量与喂进去的含量接近。证明该药物基本不能够被胃肠道吸收，也不会在体内蓄积；

实施例13

饲养兔子6只，采用腹腔注射铅离子染毒，注射铅离子浓度为3mg/ml，每次1ml，每两天注射一次，共注射5次，第十天取血检测铅离子浓度，通过石墨炉原子吸收法检测，发现其血液中铅离子浓度均超过200微克/升，染毒成功，其后处死兔子，取出其胆汁测量其铅离子浓度分别为89，66，95，107，78，113mg/L，其后在胆汁中各混合50mg核壳(实施例9中的最终产物)，CTAB(实施例5中的产物)和P123(实施例6中的产物)结构巯基材料，30分钟以后离心，取上层胆汁再进行测量，其胆汁中的铅离子浓度均低于0.01mg/L。证明3种结构材料均具有良好的铅离子络合能力；

实施例14

参见图9、图10、图11，配置标准铅离子溶液浓度为2500微克/升，分别调整其PH值为3，5，7，9，分别加入核壳结构(实施例9中的最终产物)，CTAB(实施例5中的产物)，P123(实施例6中的产物)巯基材料，震荡混合，分别于30，60，90，180分钟取溶液测定其铅离子浓度，如附图所示，可以发现这三种材料在PH为7时，对铅离子的吸附能力最好，在PH为3是最差；

参见图12，配置标准含铅，镉，锑，锡，铋2500微克/升的水溶液，加入含有P123(实施例6中的产物)结构材料，分别于30，60，90，180分钟取溶液测定该种材料对于重金属离子的吸附能力，如下图所示，可以看出其对铅，镉离子吸收能力最强，对锡，铋离子吸收能力很强，但是对于锑离子的吸收能力较差，说明其对铅，镉离子选择性吸附能力最强；

实施例16

参见图13，配置标准含铅，镉，锑，锡，铋2500微克/升的PBS缓冲溶液，加入本发明的核壳巯基二氧化硅介孔材料混合均匀，分别于30，60，90，180分钟时取出测定该种材料对于重金属离子的吸附能力，如下图所示：可以看出其对铅，镉离子吸收能力最强，对锡，铋离子吸收能力很强，但是对于锑离子的吸收能力较差，说明其对铅，镉离子选择性吸附能力较强；

实施例17

参见图14取本发明的功能化材料核壳结构材料(实施例9中的产物)1和P123(实施例6中的产物)介孔巯基二氧化硅介孔材料2，分成两组分别喂食铅中毒的SD大鼠，7天为一周期，第一组为喂食材料核壳结构材料1的大鼠编号B，C，D；第二组为P123介孔巯基材料2的大鼠编号E，F，G；每天分别喂食每只老鼠100mg的材料，第一天不喂食材料，收集其粪便，通过ICP-AES测量其中的铅离子溶度，其后6天分别喂食核壳结构材料1和P123介孔巯基材料2，其每天粪便中铅离子的总含量为下图所示，对照第一天与其余6天的铅离子总含量，我们可以发现喂食材料后铅离子的总量为未喂食的2-3倍以上；

实施例18

参见图2，取巯基功能化核壳结构二氧化硅介孔材料(实施例9中的产物)浸泡于PH＝7且铅离子溶度为500mg/L的水溶液中，5小时以后取出材料检测其红外吸收光谱，并与没有络合铅离子材料的红外光谱相比较，如下图，a为巯基核壳结构二氧化硅介孔材料的红外谱图，b为络合铅离子以后的材料，比较发现，a中-SH的伸缩振动峰在2582.0268处，然而在络合铅离子以后其振动峰向低波数段发生了平移，其振动峰右移到了2533.8432处，并且强度有所降低，这可能是因为络合铅离子以后的-SH基团化学键键强减弱(即键的力常数K变小)，原子折合质量变大，而使得振动频率相对变小

实施例19

参见图15，二氧化硅介孔材料在修饰巯基功能化后的红外光谱对照图谱，a为纯介孔材料吸收图，b为巯基功能化后的材料吸收图。

图中可以看出，在1078.0115处的强吸收峰是Si-O-Si的振动吸收峰，这是介孔硅骨架的典型吸收峰；在3200～3600之间的宽吸收峰是硅醇基-OH的伸缩振动动吸收峰，巯基功能化后，这个峰有所减弱，巯基功能化后的材料在2578.5851处出现了一个新的弱吸收峰，归属为-SH的伸缩振动吸收峰，说明巯基被成功固定在介孔硅材料上。

实施例20

将本发明的巯基二氧化硅介孔材料与高分子树脂材料及粘接剂制备成为片剂，由于高分子树脂材料不会被胃肠道消化吸收，粘接剂使得巯基二氧化硅介孔材料与高分子材料紧密结合，因此，即使介孔材料的尺寸小于500纳米，存在被胃肠道吸收的可能性，但是通过制剂学的方法，只要使得材料不会脱落，同样可以达到胃肠道吸收重金属的目的，通过铅中毒的SD大鼠实验证明，其粪便中间的铅离子的含量比没有喂食材料的SD大鼠粪便中间的铅离子含量也要高2-3倍。