石墨烯复合微球及其制备方法、栓塞材料和药物制剂

摘要

本发明提供了一种石墨烯复合微球及其制备方法、栓塞材料和药物制剂，其中的石墨烯复合微球由氨基化的氧化石墨烯、二碘酪氨酸和亲水性聚氨酯预聚体通过共价键交联自组装而成，亲水性聚氨酯预聚体将氧化石墨烯和二碘酪氨酸交联；氨基化的氧化石墨烯表面的多种官能团带有特定电荷，可促进血液凝聚，有利于提高栓塞效果；亲水性聚氨酯预聚体的引入，可大大提高氧化石墨烯的生物安全性及其在血液中的分散稳定性，进而降低以石墨烯复合微球为基础制备的栓塞材料的黏管概率；同时二碘酪氨酸含有的碘基可赋予栓塞材料的可视化栓塞效果，利于栓塞过程的追踪及栓塞终点监测。

说明书

技术领域

本发明涉及栓塞材料技术领域，特别是涉及一种石墨烯复合微球及其制备方法、栓塞材料和药物制剂。

背景技术

经导管动脉化疗栓塞术是在医学影像设备的引导下，将栓塞材料通过导丝、导管等医疗器械引入活体，实现血管栓塞材料及化疗药物在末梢动脉血管内的靶向递送，阻断为肿瘤供血的血管、畸形或出血的血管，在恶行肿瘤治疗、血管修复、止血等方面取得了很好的效果。栓塞材料的选择是栓塞治疗成功的重要因素之一。

现有栓塞材料包括颗粒型栓塞材料、机械性栓塞材料及液体栓塞材料。现有栓塞材料使用中主要存在下述问题：(1)栓塞材料使用中易黏管；(2)临床应用的栓塞材料多数不能被X射线影像设备直接检测，不利于实时监测栓塞材料在血管中的位置和栓塞终点。因此，开发新型多功能栓塞材料，为介入治疗临床应用提供更多的选择，具有十分重要的研究意义。

发明内容

基于此，有必要提供一种不易黏附导管且X射线下可显影的石墨烯复合微球及其制备方法、栓塞材料和药物制剂。

本发明的第一方面提供了一种石墨烯复合微球，所述石墨烯复合微球由氨基化的氧化石墨烯、二碘酪氨酸和亲水性聚氨酯预聚体通过共价键交联自组装而成，所述亲水性聚氨酯预聚体将所述氧化石墨烯和所述二碘酪氨酸交联。

在一些实施例中，所述石墨烯复合微球呈多腔室结构。

在一些实施例中，所述石墨烯复合微球的平均粒径为20～50μm。

在一些实施例中，所述亲水性聚氨酯预聚体的分子链末端带有至少两个异氰酸酯基团。

在一些实施例中，所述亲水性聚氨酯预聚体的数均分子量＜5000。

在一些实施例中，所述氨基化的氧化石墨烯、所述二碘酪氨酸和所述亲水性聚氨酯预聚体的质量比为(15～25):(0.5～1.5):(20～30)；优选为20:1:25。

本发明的第二方面提供了一种石墨烯复合微球的制备方法，包括如下步骤：

配置所述氨基化的氧化石墨烯的水分散液；

配置所述二碘酪氨酸的异丙醇溶液；

将所述氨基化的氧化石墨烯的水分散液和所述二碘酪氨酸的异丙醇溶液混合，制得混合液；

将所述亲水性聚氨酯预聚体加入至所述混合液中，制备所述石墨烯复合微球。

在一些实施例中，在将所述亲水性聚氨酯预聚体加入至所述混合液中的步骤之前，还包括：

将所述亲水性聚氨酯预聚体加热至35～40℃。

在一些实施例中，所述氨基化的氧化石墨烯的水分散液的浓度为4～5g/L，所述二碘酪氨酸的异丙醇溶液的浓度为0.3g/L。

在一些实施例中，所述配置所述氨基化的氧化石墨烯的水分散液的步骤具体包括：

将氧化石墨烯的水悬浮液与1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺盐酸盐及N-羟基琥珀酰亚胺混合，惰性气体氛围下加入乙二胺，制备所述氨基化的氧化石墨烯的水分散液，并将所述氨基化的氧化石墨烯的水分散液进行超声处理，备用。

在一些实施例中，所述氧化石墨烯、所述1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺盐酸盐、所述N-羟基琥珀酰亚胺及所述乙二胺的质量比为1:2:2:3。

在一些实施例中，进行超声处理时包括下述条件中的至少一项：

(1)超声功率为100～300W；

(2)超声时间为0.5～1h。

在一些实施例中，所述惰性气体为氮气。

本发明还提供了一种栓塞材料，其包括第一方面的石墨烯复合微球或采用第二方面的方法制得的石墨烯复合微球。

本发明还提供了一种药物制剂，包括第一方面的石墨烯复合微球或采用第二方面的方法制得的石墨烯复合微球以及药物，所述药物负载在所述石墨烯复合微球上。

上述提供的石墨烯复合微球及其制备方法、栓塞材料和药物制剂，其中的石墨烯复合微球采用氨基化的氧化石墨烯、二碘酪氨酸以及亲水性聚氨酯预聚体作为制备原料；氨基化的氧化石墨烯表面的多种官能团带有特定电荷，可促进血液凝聚，有利于提高栓塞效果；亲水性聚氨酯预聚体的引入，可大大提高氧化石墨烯的生物安全性及其在血液中的分散稳定性，进而降低以石墨烯复合微球为基础制备的栓塞材料的黏管概率；同时二碘酪氨酸作为氨基酸的衍生物是很好的组装基元，利于组装成具有特定形貌的石墨烯复合微球，二碘酪氨酸含有的碘基可赋予栓塞材料的可视化栓塞效果，利于栓塞过程的追踪及栓塞终点监测。

附图说明

图1为实施例1提供的石墨烯复合微球的扫描电子显微镜示意图；

图2为实施例2提供的石墨烯复合微球的扫描电子显微镜示意图；

图3为实施例3提供的石墨烯复合微球的扫描电子显微镜示意图；

图4为对比例1提供的石墨烯复合微球的显微镜示意图；

图5为体外栓塞效果评估装置简易图。

具体实施方式

为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。附图中给出了本发明的较佳实施例。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容的理解更加透彻全面。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。

本发明中，以开放式描述的技术特征中，包括所列举特征组成的封闭式技术方案，也包括包含所列举特征的开放式技术方案。

本发明中，涉及到数值区间，如无特别说明，上述数值区间内视为连续，且包括该范围的最小值及最大值，以及这种最小值与最大值之间的每一个值。进一步地，当范围是指整数时，包括该范围的最小值与最大值之间的每一个整数。此外，当提供多个范围描述特征或特性时，可以合并该范围。换言之，除非另有指明，否则本文中所公开之所有范围应理解为包括其中所归入的任何及所有的子范围。

在本文中，涉及数据范围的单位，如果仅在右端点后带有单位，则表示左端点和右端点的单位是相同的。比如，20～50μm表示左端点“20”和右端点“50”的单位都是μm(微米)。

本文仅具体地公开了一些数值范围。然而，任意下限可以与任意上限组合形成未明确记载的范围；以及任意下限可以与其它下限组合形成未明确记载的范围，同样任意上限可以与任意其它上限组合形成未明确记载的范围。此外，每个单独公开的点或单个数值自身可以作为下限或上限与任意其它点或单个数值组合或与其它下限或上限组合形成未明确记载的范围。

本发明中的温度参数，如无特别限定，既允许为恒温处理，也允许在一定温度区间内进行处理。所述的恒温处理允许温度在仪器控制的精度范围内进行波动。

在发明的描述中，“多种”的含义是至少两种，例如两种，三种等，除非另有明确具体的限定。

如果没有特别的说明，本发明的所有实施方式以及可选实施方式可以相互组合形成新的技术方案。如果没有特别的说明，本发明的所有技术特征以及可选技术特征可以相互组合形成新的技术方案。

如果没有特别的说明，本申请的所有步骤可以顺序进行，也可以随机进行，优选是顺序进行的。

本发明提供了一种石墨烯复合微球，其由氨基化的氧化石墨烯、二碘酪氨酸和亲水性聚氨酯预聚体通过共价键交联自组装而成，亲水性聚氨酯预聚体将氧化石墨烯和二碘酪氨酸交联。

可理解的，氨基化的氧化石墨烯表面带有多种功能基团且多种功能基团携带特定电荷，利于血液的凝聚；同时，氨基化的氧化石墨烯具有较大的比表面积，可使其具有良好的吸附性，还可以进一步通过化学修饰或物理吸附的形式负载药物。

二碘酪氨酸为氨基酸的衍生物，是很好的组装单元，利于组装成具有特定形貌的石墨烯复合微球；同时，二碘酪氨酸所含有的碘基可赋予以石墨烯复合微球为基础制备的栓塞材料具有X射线下显影的特性，从而赋予栓塞材料的可视化栓塞效果，利于栓塞过程的追踪及栓塞终点监测。

亲水性聚氨酯预聚体的引入，可大大提高氧化石墨烯的生物安全性及其在血液中的分散稳定性，进而降低以石墨烯复合微球为基础制备的栓塞材料的黏管概率。同时，亲水性聚氨酯预聚体将氨基化的氧化石墨烯及二碘酪氨酸交联生成两亲性中间体，两亲性中间体作为良好的组装单元，在水中进一步组装成球形结构，相比于现有栓塞材料，本发明中的制备工艺简单、成本较低，材料结构稳定，适合大规模生产。

在一些实施方式中，石墨烯复合微球呈多腔室结构；在基于该石墨烯复合微球制备栓塞材料时，可降低栓塞材料的密度，利于提高栓塞材料在血液中的悬浮性。

在一些实施方式中，石墨烯复合微球的平均粒径为20～50μm；例如，可以为25～50μm、25～45μm、30～45μm、30～40μm、35～45μm、30～35μm、35～40μm或20～35μm等，具体不做限定。石墨烯复合微球的平均粒径在上述范围内时，可以更深地穿透肿瘤血管，利于实现更末梢的栓塞。

在一些实施方式中，亲水性聚氨酯预聚体的分子链末端带有至少两个异氰酸酯基团。亲水性聚氨酯预聚体末端带有的异氰酸酯基团，可实现氨基化的氧化石墨烯和二碘酪氨酸的交联，且反应在室温温和条件下即可进行；亲水性聚氨酯预聚体分子链末端的异氰酸酯基团分别与氨基化的氧化石墨烯及二碘酪氨酸上的氨基优先发生反应，生成两亲性中间体。

在一些实施方式中，亲水性聚氨酯预聚体的数均分子量＜5000；可确保亲水性聚氨酯预聚体具有适宜的粘度和亲水性。

在一些实施方式中，氨基化的氧化石墨烯、二碘酪氨酸和亲水性聚氨酯预聚体的质量比为(15～25):(0.5～1.5):(20～30)；例如，可以为(16～25):(0.6～1.5):(21～30)、(16～24):(0.6～1.4):(21～29)、(17～23):(0.7～1.3):(22～28)、(18～22):(0.8～1.2):(23～27)、(19～21):(0.9～1.1):(24～26)或(15～20):(0.5～1):(20～25)等。当氨基化的氧化石墨烯、二碘酪氨酸和亲水性聚氨酯预聚体的质量比在上述范围内时，亲水性聚氨酯预聚体可作为交联剂实现氨基化的氧化石墨烯及二碘酪氨酸的交联；同时亲水性聚氨酯预聚体中过量的异氰酸酯基团可与水反应生成二氧化碳分子，二氧化碳分子作为良好的致孔剂，可使石墨烯复合微球表面呈现多腔室结构，在基于该石墨烯复合微球制备栓塞材料时，可降低栓塞材料的密度，利于提高栓塞材料在血液中的悬浮性。当氨基化的氧化石墨烯用量高于上述范围时，制备过程中复合微球发生聚沉，分散性及悬浮性均不佳，形貌不适合作为栓塞材料使用。当二碘酪氨酸的用量低于上述范围时，石墨烯复合微球在X射线下信号不佳，不利于位置的监测。当亲水性聚氨酯预聚体用量高于上述范围，制备时在静置阶段，体系出现凝胶化，无法离心分离，不适合作为栓塞材料使用。优选，氨基化的氧化石墨烯、二碘酪氨酸和亲水性聚氨酯预聚体的质量比为20:1:25。

本发明还提供了一种石墨烯复合微球的制备方法，包括如下步骤：

配置氨基化的氧化石墨烯的水分散液；配置二碘酪氨酸的异丙醇溶液；将氨基化的氧化石墨烯的水分散液和二碘酪氨酸的异丙醇溶液混合，制得混合液；将亲水性聚氨酯预聚体加入至混合液中，制备石墨烯复合微球。

作为示例，可采用滴加或分批加入的方式将亲水性聚氨酯预聚体加入至混合液中。

制备过程中，亲水性聚氨酯预聚体分子链末端的异氰酸酯基团分别与氨基化的氧化石墨烯及二碘酪氨酸上的氨基优先发生反应，生成两亲性中间体；两亲性中间体是很好的组装基元，其中的氧化石墨烯片段和二碘酪氨酸片段自身分别是很好的组装基元，并且两亲性中间体分子链上的-OH、-COOH及苯环等基团能够提供氢键、π-π堆积等组装驱动力，从而可通过共价键交联自组装的形式制备得到石墨烯复合微球。

在一些实施方式中，在将亲水性聚氨酯预聚体加入至混合液中的步骤之前，还包括：将亲水性聚氨酯预聚体加热至35～40℃；例如可以为36～40℃、36～39℃、37～38℃或35～38℃等，具体不做限定。将亲水性聚氨酯预聚体加热至上述温度范围内，有利于提高其流动性，提升原料混合的均匀度，促进反应的进行。

在一些实施方式中，氨基化的氧化石墨烯的水分散液的浓度为4～5g/L；例如，可以为4.1～5g/L、4.1～4.9g/L、4.2～4.8g/L、4.3～4.7g/L、4.4～4.6g/L或4～4.6g/L等，具体不做限定。二碘酪氨酸的异丙醇溶液的浓度为0.3g/L。

作为示例，将亲水性聚氨酯预聚体加入至混合液中后，用分散机搅拌均匀，制得悬浊液，静置，离心，洗涤，干燥，制得石墨烯复合微球。可选地，分散机的转速为800rpm，静置时长为72h。

可选地，配置氨基化的氧化石墨烯的水分散液的步骤具体包括：将氧化石墨烯的水悬浮液与1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺盐酸盐及N-羟基琥珀酰亚胺混合，惰性气体氛围下加入乙二胺，制备氨基化的氧化石墨烯的水分散液，并将氨基化的氧化石墨烯的水分散液进行超声处理，备用。

作为示例，氧化石墨烯的水分散液可采用Hummers方法制得。

在其中的一些实施例中，氧化石墨烯、1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺盐酸盐、N-羟基琥珀酰亚胺及乙二胺的质量比为1:2:2:3。

可选地，对氨基化的氧化石墨烯的水分散液进行超声处理时，超声功率为100～300W；例如，可以为120～300W、120～280W、140～260W、160～240W、180～220W或100～250W等，具体不做限定。超声时间为0.5～1h；例如，可以为0.6～1h、0.6～0.9h、0.7～0.8h或0.5～0.8h等，具体不做限定。

作为示例，惰性气体为氮气。

本发明还提供了一种栓塞材料，包括上述的石墨烯复合微球或采用上述的方法制得的石墨烯复合微球。

本发明还提供了一种药物制剂，包括上述的石墨烯复合微球或采用上述的方法制得的石墨烯复合微球以及药物，药物负载在石墨烯复合微球上。

石墨烯复合微球中的氧化石墨烯片段具有较大的比表面积，可进一步通过化学或物理吸附的形式负载药物。

作为示例，药物为用于治疗肿瘤疾病的药物。

下述结合具体实施例对技术方案进行详细说明。

下述各实施例和对比例中提及的EDC表示1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺盐酸盐，NHS表示N-羟基琥珀酰亚胺。

下述各实施例和对比例中提及的亲水性聚氨酯预聚体购自万华化学集团股份有限公司，牌号WanSponge CST。

一、石墨烯复合微球的制备

实施例1

将采用Hummers方法制备的氧化石墨烯水悬浮液与EDC、NHS混合均匀，氮气氛围下加入乙二胺，控制氧化石墨烯、EDC、NHS及乙二胺的质量比为1:2:2:3，搅拌过夜，离心洗涤，制得氨基化的氧化石墨烯水分散液；

将制得的氨基化的氧化石墨烯水分散液浓缩至浓度为4.5g/L，并在200W功率下超声处理0.5h，备用；

配置浓度为0.3g/L的二碘酪氨酸的异丙醇溶液，并将其与氨基化的氧化石墨烯水分散液均匀混合，制得混合液；

将亲水性聚氨酯预聚体预热至35℃，并缓慢滴加到上述混合液中，氨基化的氧化石墨烯、二碘酪氨酸、亲水性聚氨酯预聚体的质量比为20:1:25，分散机搅拌均匀，转速为800rpm，制得悬浊液，静置72h，离心并采用去离子水洗涤，干燥，即得石墨烯复合微球。

实施例2

实施例2和实施例1的区别在于：氨基化的氧化石墨烯水分散液的浓度不同，氨基化的氧化石墨烯、二碘酪氨酸、亲水性聚氨酯预聚体的质量比不同。

具体为：

将采用Hummers方法制备的氧化石墨烯水悬浮液与EDC、NHS混合均匀，氮气氛围下加入乙二胺，控制氧化石墨烯、EDC、NHS及乙二胺的质量比为1:2:2:3，搅拌过夜，离心洗涤，制得氨基化的氧化石墨烯水分散液；

将制得的氨基化的氧化石墨烯水分散液浓缩至浓度为4g/L，并在200W功率下超声处理0.5h，备用；

配置浓度为0.3g/L的二碘酪氨酸的异丙醇溶液，并将其与氨基化的氧化石墨烯水分散液均匀混合，制得混合液；

将亲水性聚氨酯预聚体预热至35℃，并缓慢滴加到上述混合液中，氨基化的氧化石墨烯、二碘酪氨酸、亲水性聚氨酯预聚体的质量比为15:0.5:20，分散机搅拌均匀，转速为800rpm，制得悬浊液，静置72h，离心并采用去离子水洗涤，干燥，即得石墨烯复合微球。

实施例3

实施例3和实施例1的区别在于：氨基化的氧化石墨烯水分散液的浓度不同，氨基化的氧化石墨烯、二碘酪氨酸、亲水性聚氨酯预聚体的质量比不同。

具体为：

将采用Hummers方法制备的氧化石墨烯水悬浮液与EDC、NHS混合均匀，氮气氛围下加入乙二胺，控制氧化石墨烯、EDC、NHS及乙二胺的质量比为1:2:2:3，搅拌过夜，离心洗涤，制得氨基化的氧化石墨烯水分散液；

将制得的氨基化的氧化石墨烯水分散液浓缩至浓度为5g/L，并在200W功率下超声处理0.5h，备用；

配置浓度为0.3g/L的二碘酪氨酸的异丙醇溶液，并将其与氨基化的氧化石墨烯水分散液均匀混合，制得混合液；

将亲水性聚氨酯预聚体预热至35℃，并缓慢滴加到上述混合液中，氨基化的氧化石墨烯、二碘酪氨酸、亲水性聚氨酯预聚体的质量比为25:1.5:30，分散机搅拌均匀，转速为800rpm，制得悬浊液，静置72h，离心并采用去离子水洗涤，干燥，即得石墨烯复合微球。

对比例1

对比例1和实施例1的区别仅在于：氨基化的氧化石墨烯、二碘酪氨酸、亲水性聚氨酯预聚体的质量比不同，其他均相同。

对比例1中氨基化的氧化石墨烯、二碘酪氨酸、亲水性聚氨酯预聚体的质量比为30:1:25。

在制备过程中，复合微球发生聚沉，分散性及悬浮性不佳，形貌不适合作为栓塞材料使用。

对比例2

对比例2和实施例1的区别仅在于：氨基化的氧化石墨烯、二碘酪氨酸、亲水性聚氨酯预聚体的质量比不同，其他均相同。

对比例2中氨基化的氧化石墨烯、二碘酪氨酸、亲水性聚氨酯预聚体的质量比为20:0.1:25。

对比例2中石墨烯复合微球制得的栓塞材料在X射线下信号不佳，不利于栓塞材料位置的监测。

对比例3

对比例3和实施例1的区别仅在于：氨基化的氧化石墨烯、二碘酪氨酸、亲水性聚氨酯预聚体的质量比不同，其他均相同。

对比例3中氨基化的氧化石墨烯、二碘酪氨酸、亲水性聚氨酯预聚体的质量比为20:1:35。

制备过程中，在反应后静置阶段，体系出现凝胶化，无法离心分离，不适合作为栓塞材料使用。

二、性能测试

1.采用扫描电子显微镜表征实施例1-3中制得的石墨烯复合微球，结果如图1-3所示。由图1-3可知，实施例1-3中制得的石墨烯复合微球为均匀的球形形貌，表面呈孔洞结构，石墨烯复合微球分散性及悬浮性俱佳，适宜作为栓塞材料。采用动态激光光散射仪测试实施例1-3中制得的石墨烯复合微球的平均粒径，动态激光光散射仪显示石墨烯复合微球平均粒径尺寸分布均匀，平均粒径约为20～50μm；将其作为栓塞材料时，利于更深地穿透肿瘤血管，实现更末梢的栓塞。

采用显微镜表征对比例1中制得的石墨烯复合微球，结果如图4所示。由图4可知，石墨烯复合微球发生聚沉，分散性及悬浮性均不佳；表明当制备石墨烯复合微球时，采用过量的氧化石墨烯无法制得分散性及悬浮性良好且形貌适合作为栓塞材料的复合微球。

2.将实施例1中的石墨烯复合微球制备成栓塞材料，置于X射线影像设备下观察，栓塞材料可显影，说明栓塞材料能够被医学影像设备监测到，从而在应用过程中可以实时监测栓塞材料在血管中的位置和栓塞终点。

3.使用图5所示的简易装置检测基于实施例1中石墨烯复合微球制得的栓塞材料体外栓塞效果，具体步骤如下：将上述制得的栓塞材料分散于生理盐水中，配制成质量浓度为5％的分散液，观察发现栓塞材料在生理盐水中具有优异的分散稳定性。打开简易装置的活塞使生理盐水流下，并将微球分散液置于注射器1中，当推动注射器1将5mL微球分散液经由微导管2推注至玻璃球3中时，生理盐水停止流出，且栓塞材料在玻璃球3之间均匀沉降，继续推动注射器1将出现反流现象，说明已达到栓塞终点；由此可见，上述栓塞材料能够顺利通过微导管且具有优异的体外栓塞效果。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。