硫醇與胺基雙官能基修飾之含藥矽奈米粒的製備、性質研究及應用

研究背景與目的: 矽奈米粒由於它獨特的物化特性，作為藥物遞送系統有很好的發展性以及臨床可應用性。本實驗室過去利用奈米沉澱法，製備出表面同時帶有雙官能基 (硫醇與胺基) 的矽奈米粒，該方法的優點除了製備方法簡單外，其表面的雙官能基比起大部份僅含單一官能基的粒子能夠提供更多的應用性。本研究之目的為：利用奈米沉澱法，製備出表面具雙官能基 (硫醇與胺基) 的各種含藥矽奈米粒，並探討藥物包覆機制；以及利用該矽奈米粒包覆螢光化合物rhodamine 6G (R6G)，進行R6G矽奈米粒 (SH/NH2-R6G-SiNPs) 之性質及應用研究。研究方法: 本研究所使用的矽烷前驅物 (silane precursor)為3-aminopropyltrimethoxysilane (APTMS) 與3-mercaptopropyltrimethoxysilane (MPTMS)，以酸催化進行有機相 (organic phase) 的矽膠聚縮合反應 (silica polycondensation)，再以注射方式將少量有機相 (1 mL) 快速注入10 mL含藥的水相 (water phase) 溶液中，藉由調控反應與製備過程之各項參數，觀測粒子大小與藥物包覆率。研究結果: 本研究涵蓋14種藥物之矽奈米粒子的製備，主要結果顯示藥物本身的疏水性 (log P) 與藥物包覆率具有略為顯著的正相關性 (p ≒ 0.05)；此外，藥物包覆率與反應時矽烷前驅物之用量比例有關。進一步探討R6G矽奈米粒之性質，其包覆率最高可達98%，包覆量在40 µg – 4 mg時，粒子大小仍能穩定維持在150 – 250 nm；體外藥物釋放實驗結果顯示，於生理環境下24小時內的R6G總釋放量 < 7% (pH 7.4)，即螢光分子可有效留滯於奈米粒子中，不易釋出。細胞毒性試驗結果顯示SH/NH2-R6G-SiNPs對乳癌細胞 (MDA-MB-231) 的毒性僅有自由態 (free form) R6G的1/4 (IC50: free R6G = 2.3 µM; SH/NH2-R6G-SiNPs = 9.6 µM)；除此之外，於酸性環境下，藉由R6G螢光強度的變化，R6G矽奈米粒可快速測定亞硝酸鹽 (nitrite, NO2) 的含量，線性範圍在1.25 – 40 µM (R2 = 0.9989)，偵測極限 (limit of detection, LOD) 為0.51 µM，定量極限 (limit of quantitation, LOQ) 為1.56 µM，同日內及異日間之相對標準偏差 (relative standard deviation; RSD) 及相對誤差 (relative error; RE) 皆小於8.2%，顯示該方法具有良好的線性、靈敏度及再現性，可作為檢測試劑，預期未來將可進一步應用在各種不同生物基質的亞硝酸鹽檢測上。結論：本研究利用奈米沉澱法製備出表面具硫醇與胺基修飾之含藥矽奈米粒，推測作用機制可能與藥物疏水性 (hydrophobic) 與靜電作用力 (electrostatic forces) 有關。其中R6G矽奈米粒，具有高包覆率、高承載量、膠體安定性、不易漏藥、細胞毒性較低之特性，預期可應用於細胞顯影以及亞硝酸鹽的檢測上。