氮掺杂微孔、介孔和中空介孔碳材料的制备及对抗生素药物缓释性能的研究.pdfVIP

摘要

抗生素是现代医学中用于治疗各种细菌感染不可或缺的药物。然而，抗生素的长

期大剂量和过度使用，使得细菌的耐药性逐渐成为全球范围内的重大公共卫生问题。

抗生素耐药性的出现直接或间接导致许多疾病治疗难度增加，同时造成了医疗资源

浪费，增加了患者的经济负担。将抗生素药物制备成缓释制剂，从而降低药物的耐药

性是药学研究领域的重要问题。随着纳米药物的研究领域不断扩大,出现了许多不同

类型的纳米药物载体，纳米药物载体也已经充分应用于临床疾病的治疗过程中。因

此，将抗生素药物的递送和纳米材料载体相结合以达到药物缓释的效果在纳米载体

药物递送系统的研究中具有重要意义。诺氟沙星和氨苄西林钠是抗生素的代表性药

物，纳米药物载体的出现为解决其耐药性提供了良好的思路。

本论文利用纳米碳材料作为抗生素药物载体，提出新颖的碳基材料制备方法，开

发设计碳基纳米材料作为抗生素药物载体以达到药物缓释的作用，进而探索碳基载

体对抗生素药物缓释性能的影响因素。采用间苯二胺作为碳前驱体制备了三种不同

结构氮掺杂碳材料，并使用不同的硬模板改变了碳材料的孔径和结构。利用诺氟沙星

和氨苄西林钠纯品作为模型药物，考察不同结构的碳载体对药物的装载和缓释性能

影响，结果表明通过结构设计可以改善载体材料对于抗生素药物的装载和释放，是解

决抗生素耐药性的有效途径。主要研究内容如下：

（1）氮掺杂表面凹陷碳纳米材料的制备及对模型药物缓释性能的研究：凹陷结

构可以增大碳载体的比表面积，为药物的负载提供更多的装载空间，因此是实现药物

缓释的优良候补材料。本论文采用间苯二胺作为碳前驱体，通过乳液诱导法制备了表

面具有凹陷结构的碳纳米材料。在材料的制备过程中为碳材料原位引入了氮原子。此

外，碳材料表面的凹陷程度可以通过正硅酸乙酯加入时间的改变来实现调节。所制备

的碳纳米材料具有表面凹陷和氮掺杂的特点，用作诺氟沙星和氨苄西林钠药物载体

时，具有较高的比表面积和氮元素含量的载体对诺氟沙星和氨苄西林钠具有较大的

装载量（83.62μg/mg和73.58μg/mg）。缓释实验结果显示诺氟沙星在pH为6.8的环

境中具有较高的释放量，而氨苄西林钠在pH为7.4的环境中具有较高的释放量，同

时碳载体@模型药物复合体表现出了良好的缓释行为，释放行为拟合结果符合中国

药典中规定的一级动力学方程。

（2）氮掺杂介孔碳纳米材料的制备及对模型药物缓释性能的研究：介孔结构的

存在使得载体比表面积增大、孔容积增大，能吸附和储存较多的治疗药物分子在自身

的孔道中，介孔结构还可以实现药物的缓释，提高药物效果的持久性。在上述表面凹

陷材料的基础上，利用硅溶胶作为硬模板进一步增强载体的介孔结构，从而制备了具

有明显介孔结构的碳纳米材料。为了研究孔结构对模型药物的装载和释放的作用，本

论文同时制备了只有微孔结构的碳材料，将制备的两种碳纳米材料用于模型药物的

装载和释放，实验结果表明：使用硅溶胶成功创造了介孔结构，丰富的介孔增大了碳

材料的比表面积，从而提高了药物的负载量，诺氟沙星和氨苄西林钠的最大吸附量分

别是122.37μg/mg，112.63μg/mg。药物缓释实验进一步表明在pH=6.8的释放介质

中诺氟沙星在24小时内可以释放21.4%，在pH=7.4的释放介质中氨苄西林钠在24

小时内可以释放33.2%。同时，释放行为拟合结果符合中国药典中规定的一级动力学

方程，说明载体药物组合体具有缓释效果。此外，由于丰富介孔结构的引入，使得该

药物载体的累积释放率有所提高。

（3）氮掺杂中空介孔碳纳米材料的制备及对模型药物缓释性能的研究：制剂的

结构变化决定了药物的释放行为，进一步影响着药物递送的有效性。碳基药物载体的

比表面积和形貌对药物的装载和释放具有调控释放，靶向释放等重要作用。为了提升

纳米碳载体的表面积和形貌多样性，本论文在合成介孔的基础上，利用沸石咪唑酯骨

架（ZIF-8）热解可以活化碳骨架以提升表面积，以及其特定结构形貌可以改变碳材

料结构的作用，在上述制备体系中引入ZIF-8硬模板。制备出了氮掺杂中空介孔碳纳

米材料，并研究了ZIF-8的用量对碳材料形貌的影响。结果表明随着ZIF-8用量的增

加制备的碳纳米材料的形貌从开始完整的结构过渡到了开口的出现，到最后发生破

碎。将其用于模型药物的装载和释放，实验结果表明：ZIF-8的使用成功创造了中空

结构，空腔结构为药物负载提供了额外的初始空间，改善了药物负载和释放。诺氟沙

星和氨苄西林钠的装载