CN101785784A - 用于癌症光热治疗的金纳米杆与两性离子分子的复合物及其制备方法 - Google Patents
用于癌症光热治疗的金纳米杆与两性离子分子的复合物及其制备方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开了一种用于癌症光热治疗的金纳米杆与两性离子分子的复合物及其制备方法。该复合物为外层的两性离子分子和内层的金纳米杆组成两性离子分子界面修饰的金纳米杆。由两性离子分子中的巯基与金纳米杆进行表面化学修饰制备得到。金纳米杆由于优异的近红外光热转换能力而具有广泛的癌症光热治疗前景。通过在表面共价修饰两性两性离子，金纳米杆体现了良好的稳定性和生物相容性。修饰的两性离子还促进了金纳米杆被细胞的包吞并赋予了金纳米杆靶向癌细胞的良好的选择性。由于这种特异性的金纳米杆包吞作用，癌细胞在近红外光的激发下呈现被快速有效杀灭的特征。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于癌症光热治疗的金纳米杆与两性离子分子的复合物及其制备方法。
背景技术
目前，纳米技术已越来越多地应用于生物医用领域，其中在癌症治疗方面，许多纳米材料由于它们显示出来的独特的物理化学特性而得到重视。例如胶束用于药物载体，磁性纳米颗粒用于磁场诱导共振热疗等。金纳米杆由于纳米尺寸效应，表面在外界电磁波的激发下会产生等离子体共振，从而在近红外波长段产生光吸收，然后高效地将光能转化为热能。另一方面，人体自身对近红外光的穿透能力较强，主要组成成分如水等对近红外光的吸收能力较差。所以，这种金纳米杆有望用于癌症的光热治疗。
但是在实际应用之前，金纳米杆的生物稳定性和生物相容性问题必须得到解决。而且作为理想的抗癌药物，它还要具有癌细胞靶向的特性以减少对周围正常细胞的毒副作用。目前解决这些问题的一种行之有效的方法是通过对纳米材料的表面修饰，但是目前尚未有一种既体现良好生物稳定性和生物相容性且体现特征细胞靶向功能的修饰分子。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术的不足，提供一种用于癌症光热治疗的金纳米杆与两性离子分子的复合物及其制备方法。
用于癌症光热治疗的金纳米杆与两性离子分子的复合物是由外层的两性离子分子和内层的金纳米杆组成两性离子分子界面修饰的金纳米杆。
所述的两性离子分子界面修饰的金纳米杆在700-1100nm的近红外区处有特征吸收。
所述的两性离子分子的化学结构式为：
其中n＝1-18。
用于癌症光热治疗的金纳米杆与两性离子分子的复合物的制备方法包括如下步骤：
1)在水中加入十六烷基三甲基溴化铵、氯金酸和硼氢化钠，搅拌混合，使十六烷基三甲基溴化铵的浓度达到3-300g/L，氯金酸的浓度达到0.01-0.8g/L，硼氢化钠的浓度达到0.001-0.4g/L，得到种子溶液；
2)在水中加入十六烷基三甲基溴化铵、氯金酸、硝酸银和抗坏血酸，搅拌混合，使十六烷基三甲基溴化铵的浓度达到3-300g/L，氯金酸的浓度达到0.02-1.6g/L，硝酸银的浓度达到0.001-0.2g/L，抗坏血酸的浓度达到0.01-10g/L，得到生长溶液；
3)在1重量份的生长溶液中加入0.01-1重量份的种子溶液，搅拌反应1～12小时，离心分离获得金纳米杆；
4)将金纳米杆分散在水中，加入两性离子分子，使两性离子分子浓度达到3-300g/L，搅拌反应1～12小时，离心分离获得金纳米杆与两性离子分子的复合物。
本发明与现有技术相比具有的有益效果是：
1)近红外光对人体具有高穿透能力，而金纳米杆对近红外光具有高的吸收能力和光热转换效率；
2)金纳米杆制备步骤较容易，产率较高；
3)这种修饰的两性离子分子末段带有巯基，和金纳米杆表面结合牢固，将原本表面的表面活性剂置换下来方便；
4)这种两性离子修饰的金纳米杆体现良好的生物稳定性和生物相容性；
5)修饰的两性离子促使金纳米杆靶向癌细胞并被癌细胞特异性包吞；
6)这种两性离子修饰的金纳米杆在近红外光的激发下能够选择性地杀灭癌细胞而不影响正常细胞的活性。
附图说明
图1红外光激光照射下上皮细胞(下)和鼻咽癌细胞(上)的在有(左)无(右)仿生修饰的金纳米杆的生长情况图。
具体实施方式
本发明采用配体交换的方法将原本金纳米杆表面的表面活性剂十六烷基三甲基溴化铵用末端带巯基的两性离子置换下来，简便易行。其中金纳米杆具有优异的近红外光热转换能力，当作用于体内并在近红外光激发下能有效地释放热能将金纳米杆停留处癌组织和细胞杀死，而且近红外光不会对周围正常组织和细胞产生影响。而共价修饰的两性离子不但使金纳米杆体现出了良好的生物稳定性和生物相容性，更可贵的是体现了癌细胞靶向和特异性被癌细胞包吞的特点。细胞包吞金纳米杆越多，在近红外光的激发下被光热杀灭的越快。由于两性离子修饰的金纳米杆能选择性的被癌细胞包吞，所以癌细胞在近红外光下也死得越快。
实施例1：
首先在一个锥形瓶中0.3645g十六烷基三甲基溴化铵溶于9.75ml水中，向其中分别加入10mM的氯金酸溶液0.25ml和冷却的0.01M的硼氢化钠溶液0.6ml，搅拌2-3分钟后静置3-6个小时得到棕色的种子溶液；然后在另一个锥形瓶中1.8223g十六烷基三甲基溴化铵溶于47.5ml水中，向其中分别加入10mM的氯金酸溶液2.5ml、4mM的硝酸银溶液1.25ml和冷却的0.0788M抗坏血酸溶液0.35ml，摇匀呈无色，最后加入种子液1.5ml，搅拌3-5分钟后静置过夜。
首先金纳米杆溶液离心(12000rpm，10分钟)两次，加入等摩尔的结构如下结构式的两性离子，室温反应过夜，然后再离心一次(12000rpm，10分钟)提纯，最后通过孔径为0.22μm的PES滤膜得到无菌的溶液。金纳米杆溶液在808纳米处呈现强吸收。
两性离子修饰的金纳米杆溶液与PBS缓冲液或人血浆1∶1体积混合，在37℃下，随着时间的延伸，测试样品的紫外可见吸收，直到24小时，金纳米杆的吸收峰没有明显变化，说明金纳米杆保持了稳定性。
鼻腔上皮细胞和鼻咽癌细胞分别在96孔板上培养，调节初始细胞密度为5万个每孔。然后细胞培养在37℃、5％CO2培养箱中24小时。金纳米杆加入到细胞中调节到0.025mM，然后培养24小时，细胞活性MTT测试表明直到细胞的存活率为99％。电感耦合等离子体发射光谱方法来表征金纳米杆内吞量的差异，结果显示金纳米杆在鼻咽癌细胞是鼻腔上皮细胞的12倍。
使用细胞切片透射电镜来分析细胞内金纳米杆含量的差异。金纳米杆在鼻咽癌细胞是鼻腔上皮细胞的11倍.
鼻腔上皮细胞和鼻咽癌细胞分别在96孔板上被培养至满，然后更换用0.02mM金纳米杆的细胞培养基溶液培养12小时。然后使用1mm尺寸的808nm近红外激光光束照射细胞，两分钟后用0.1mg/ml FDA溶液0.02ml染色细胞，其中活细胞将被染成绿色，而死细胞不能被染色。然后在荧光显微镜下观察，结果显示鼻咽癌细胞在激光照射处死亡，而鼻腔上皮细胞正常活性生长，见图1。
实施例2
将十六烷基三甲基溴化铵、氯金酸和硼氢化钠依次混合溶于水中，使十六烷基三甲基溴化铵的浓度达到2g/L，氯金酸的浓度达到0.02g/L，硼氢化钠的浓度达到0.03g/L；将混合溶液搅拌静置得到棕色的种子溶液。
2)制备生长溶液，将十六烷基三甲基溴化铵、氯金酸、硝酸银和抗坏血酸依次混合溶于水中，使十六烷基三甲基溴化铵的浓度达到6g/L，氯金酸的浓度达到0.06g/L，硝酸银的浓度达到0.03g/L，抗坏血酸的浓度达到0.03g/L；将混合溶液摇匀呈无色。
3)3)最后在1份生长溶液中加入0.03份的种子溶液，搅拌反应过夜，离心分离获得金纳米杆
4)将金纳米杆分散在水中，加入金纳米杆表面的十六烷基三甲基溴化铵氨等量的如下结构式的分子，搅拌反应过夜，离心分离获得金纳米杆与两性离子分子的复合物。金纳米杆溶液在908纳米处呈现强吸收。
两性离子修饰的金纳米杆溶液与人血浆1∶1体积混合，在37℃下，随着时间的延伸，测试样品的紫外可见吸收，直到24小时，金纳米杆的吸收峰没有明显变化，说明金纳米杆保持了稳定性。
肝组织细胞和肝癌咽癌细胞在96孔板上培养，调节初始细胞密度为5万个每孔。然后细胞培养在37℃、5％CO2培养箱中24小时。金纳米杆加入到细胞中调节到0.025mM，然后培养24小时。电感耦合等离子体发射光谱方法来表征金纳米杆内吞量的差异，结果显示金纳米杆在鼻咽癌细胞是鼻腔上皮细胞的13倍。
实施例3
将十六烷基三甲基溴化铵、氯金酸和硼氢化钠依次混合溶于水中，使十六烷基三甲基溴化铵的浓度达到20g/L，氯金酸的浓度达到0.2g/L，硼氢化钠的浓度达到0.3g/L；将混合溶液搅拌静置得到棕色的种子溶液。
2)制备生长溶液，将十六烷基三甲基溴化铵、氯金酸、硝酸银和抗坏血酸依次混合溶于水中，使十六烷基三甲基溴化铵的浓度达到60g/L，氯金酸的浓度达到0.12g/L，硝酸银的浓度达到0.06g/L，抗坏血酸的浓度达到0.3g/L；将混合溶液摇匀呈无色。
3)3)最后在1份生长溶液中加入0.03份的种子溶液，搅拌反应过夜，离心分离获得金纳米杆
4)将金纳米杆分散在水中，加入金纳米杆表面的十六烷基三甲基溴化铵氨等量的如下结构式的分子，搅拌反应过夜，离心分离获得金纳米杆与两性离子分子的复合物。金纳米杆溶液在708纳米处呈现强吸收。
两性离子修饰的金纳米杆溶液与人血浆1∶1体积混合，在37℃下，随着时间的延伸，测试样品的紫外可见吸收，直到24小时，金纳米杆的吸收峰没有明显变化，说明金纳米杆保持了稳定性。
肝组织细胞和肝癌咽癌细胞在96孔板上培养，调节初始细胞密度为5万个每孔。然后细胞培养在37℃、5％CO2培养箱中24小时。金纳米杆加入到细胞中调节到0.025mM，然后培养24小时。使用细胞切片透射电镜来分析细胞内金纳米杆含量的差异。金纳米杆在肝癌细胞是肝组织细胞的11倍.
实施例4
将十六烷基三甲基溴化铵、氯金酸和硼氢化钠依次混合溶于水中，使十六烷基三甲基溴化铵的浓度达到200g/L，氯金酸的浓度达到0.4g/L，硼氢化钠的浓度达到0.02g/L；将混合溶液搅拌静置得到棕色的种子溶液。
2)制备生长溶液，将十六烷基三甲基溴化铵、氯金酸、硝酸银和抗坏血酸依次混合溶于水中，使十六烷基三甲基溴化铵的浓度达到280g/L，氯金酸的浓度达到1.2g/L，硝酸银的浓度达到0.2g/L，抗坏血酸的浓度达到3g/L；将混合溶液摇匀呈无色。
3)最后在1份生长溶液中加入0.6份的种子溶液，搅拌反应过夜，离心分离获得金纳米杆
4)将金纳米杆分散在水中，加入金纳米杆表面的十六烷基三甲基溴化铵氨等量的如下结构式的分子，搅拌反应过夜，离心分离获得金纳米杆与两性离子分子的复合物。金纳米杆溶液在808纳米处呈现强吸收。
两性离子修饰的金纳米杆溶液与人血浆1∶1体积混合，在37℃下，随着时间的延伸，测试样品的紫外可见吸收，直到24小时，金纳米杆的吸收峰没有明显变化，说明金纳米杆保持了稳定性。
肝组织细胞和肝癌咽癌细胞在96孔板上被培养至满，然后更换用0.02mM金纳米杆的细胞培养基溶液培养12小时。然后使用1mm尺寸的808nm近红外激光光束照射细胞，两分钟后肝癌细胞在激光照射处死亡，而肝组织细胞正常活性生长。
实施例5
将十六烷基三甲基溴化铵、氯金酸和硼氢化钠依次混合溶于水中，使十六烷基三甲基溴化铵的浓度达到280g/L，氯金酸的浓度达到0.8g/L，硼氢化钠的浓度达到0.4g/L；将混合溶液搅拌静置得到棕色的种子溶液。
2)制备生长溶液，将十六烷基三甲基溴化铵、氯金酸、硝酸银和抗坏血酸依次混合溶于水中，使十六烷基三甲基溴化铵的浓度达到280g/L，氯金酸的浓度达到1.6g/L，硝酸银的浓度达到0.2g/L，抗坏血酸的浓度达到9g/L；将混合溶液摇匀呈无色。
3)最后在1份生长溶液中加入0.9份的种子溶液，搅拌反应过夜，离心分离获得金纳米杆
4)将金纳米杆分散在水中，加入金纳米杆表面的十六烷基三甲基溴化铵氨等量的如下图分子，搅拌反应过夜，离心分离获得金纳米杆与两性离子分子的复合物。金纳米杆溶液在1080纳米处呈现强吸收。
两性离子修饰的金纳米杆溶液与人血浆1∶1体积混合，在37℃下，随着时间的延伸，测试样品的紫外可见吸收，直到24小时，金纳米杆的吸收峰没有明显变化，说明金纳米杆保持了稳定性。
人B淋巴细胞和淋巴癌咽癌细胞在96孔板上培养，调节初始细胞密度为5万个每孔。然后细胞培养在37℃、5％CO2培养箱中24小时。金纳米杆加入到细胞中调节到0.025mM，然后培养24小时。使用细胞切片透射电镜来分析细胞内金纳米杆含量的差异。金纳米杆在肝癌细胞是肝组织细胞的8倍。
Claims (4)
1.一种用于癌症光热治疗的金纳米杆与两性离子分子的复合物，其特征在于由外层的两性离子分子和内层的金纳米杆组成两性离子分子界面修饰的金纳米杆。
2.根据权利要求1所述的一种用于癌症光热治疗的金纳米杆与两性离子分子的复合物，其特征在于所述的两性离子分子界面修饰的金纳米杆在700-1100nm的近红外区处有特征吸收。
3.根据权利要求1所述的一种用于癌症光热治疗的金纳米杆与两性离子分子的复合物，其特征在于所述的两性离子分子的化学结构式为：
其中n＝1-18。
4.一种根据权利要求1所述用于癌症光热治疗的金纳米杆与两性离子分子的复合物的制备方法，其特征在于包括如下步骤：
1)在水中加入十六烷基三甲基溴化铵、氯金酸和硼氢化钠，搅拌混合，使十六烷基三甲基溴化铵的浓度达到3-300g/L，氯金酸的浓度达到0.01-0.8g/L，硼氢化钠的浓度达到0.001-0.4g/L，得到种子溶液；
2)在水中加入十六烷基三甲基溴化铵、氯金酸、硝酸银和抗坏血酸，搅拌混合，使十六烷基三甲基溴化铵的浓度达到3-300g/L，氯金酸的浓度达到0.02-1.6g/L，硝酸银的浓度达到0.001-0.2g/L，抗坏血酸的浓度达到0.01-10g/L，得到生长溶液；
3)在1重量份的生长溶液中加入0.01-1重量份的种子溶液，搅拌反应1～12小时，离心分离获得金纳米杆；
4)将金纳米杆分散在水中，加入两性离子分子，使两性离子分子浓度达到3-300g/L，搅拌反应1～12小时，离心分离获得金纳米杆与两性离子分子的复合物。
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