CN102921006A - 钨氧化物基纳米材料在制备近红外光热诊疗药物中的应用 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种钨氧化物基纳米材料在制备近红外光热诊疗药物中的应用，所述的钨氧化物基纳米材料为WO3-x或MxWO3纳米光热转换材料，其中WO3-x为WO2.72(W18O49)、WO2.8(W5O14)、WO2.9(W20O58)或WO3；MxWO3中M代表Na、K或Cs元素，x为0.001-0.5范围内的数值。本发明中所述的WO3-x和MxWO3纳米材料展现很强的近红外光吸收能力，并能有效地将其转换成热能；在近红外激光的激发下，这些纳米材料能吸收激光并有效产生热量，使环境温度在1-60分钟内升高1-100℃，在癌症的治疗方面展现了巨大的应用价值。
Description
技术领域
本发明属于钨氧化物基纳米材料的应用领域，特别涉及一种钨氧化物基纳米材料在制备近红外光热诊疗药物中的应用。
背景技术
热疗技术由于具有微创、辐射小以及便于操作等特点得到了广泛应用。在众多的热疗技术中，近红外热疗更备受关注。近红外热疗主要利用近红外光具有深的组织穿透能力和对组织伤害小等优良特性将近红外光转换成热能进行治疗的技术。
目前，研究比较多的近红外光热转换材料主要是金的纳米结构材料，如金纳米棒、纳米球、纳米笼以及纳米中空结构。但是金的纳米结构材料存在很多内在的缺陷。例如，金的近红外吸收主要来源于纳米结构的表面等离子共振效应，而表面等离子共振效应受纳米结构的形貌、大小以及周围介质的介电常数影响非常大，导致了这类近红外光热转换材料不仅制备工艺复杂，而且体内和体外实验结果不一致，治疗条件也变得相当复杂；同时，金是一种非常昂贵的金属，不利于推广应用。因此需要开发一种制备方法简单、稳定且廉价的光热材料。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种钨氧化物基纳米材料在制备近红外光热诊疗药物中的应用，钨氧化物基纳米材料WO3-x和MxWO3纳米材料展现很强的近红外光吸收能力，并能有效地将其转换成热能，这种钨氧化物基纳米材料在癌症的治疗方面展现了巨大的应用价值。
本发明的一种钨氧化物基纳米材料在制备近红外光热诊疗药物中的应用。
所述的钨氧化物基纳米材料为WO3-x或MxWO3纳米光热转换材料，其中WO3-x为WO2.72(W18O49)、WO2.8(W5O14)、WO2.9(W20O58)或WO3；其中MxWO3中M代表Na、K、Cs等元素，x为0.001-0.5范围内的数值。
所述的WO3-x纳米材料的制备方法，包括：
将钨源溶于有机溶剂，搅拌至溶解；然后转移至高压反应釜中，于100-240℃反应0.5-48h后离心分离，即得到WO3-x纳米材料。
所述的钨源为钨盐、钨醇盐或者钨的配合物；所述的有机溶剂为醇类溶剂、油胺或油酸。
所述的钨氧化物基纳米材料的形貌为纳米颗粒、纳米线、纳米片、纳米棒、纳米球及其它超结构。
所述的钨氧化物基纳米材料为表面功能化或接上生物分子后的钨氧化物基纳米材料。
所述的近红外光热诊疗中所用的近红外激光器的波长为808、980、1024nm等，光强为0.01-30W/m2。
本发明中所述的钨氧化物基纳米材料光热转换材料在近红外光区具有较强的光吸收能力，并能有效地将吸收的光能转换为热能，在光照1-60分钟内，其温度升高了1-100°C。将这些纳米光热转换材料表面功能化或接上生物分子后注入到带有癌症的生物体内，近红外光照5-60分钟内可以有效消融癌细胞。
本发明提供了一种新的WO3-x纳米光热转换材料的制备方法。
WO3-x纳米光热转换材料具有较高的近红外光吸收能力，并可以将近红外光转换为热能。根据文献制备的MxWO3，具有较高的近红外光吸收能力，并可以将近红外光转换为热能。所述的WO3-x和MxWO3纳米材料可以将WO3-x和MxWO3纳米材料表面功能化或者联上生物分子，这些材料能分散于水中，溶液可有效吸收近红外光。在近红外激光(0.1-30W/cm2)激发下，这些纳米材料能吸收激光并有效产生热量，使环境温度在1-60分钟内升高1-100℃。将这些纳米材料的水溶液注入带有癌症的小老鼠上，再用近红外激光照射老鼠，癌细胞在5-60分钟后即可有效消融。
WO3-x和MxWO3都是优良的半导体材料。WO3-x和MxWO3纳米材料展现出一种强烈的、可调的局部表面等离子体共振效应，这导致其在近红外区有光吸收。本发明利用这种光吸收性质，首次开发了WO3-x和MxWO3光热转换纳米材料用于治疗癌症。
有益效果：
本发明中所述的WO3-x和MxWO3纳米材料展现很强的近红外光吸收能力，并能有效地将其转换成热能；在近红外激光(0.1-30W/cm2)激发下，这些纳米材料能吸收激光并有效产生热量，使环境温度在1-60分钟内升高1-100℃，这种钨氧化物基纳米材料在癌症的治疗方面展现了巨大的应用价值。
附图说明
图1.本发明中制备的WO2.72纳米线的低倍(a)、高倍(b)SEM图片以及高分辨透射电镜照片(c)；
图2.本发明中制备的WO2.72纳米线的XRD图谱；
图3.本发明中制备的WO2.72纳米线的近红外光吸收图(a)、光热转换性能(b)及980激光器照射10分钟后癌细胞的组织切片图(c)；
图4.WO2.83纳米线的光热转换性能；
图5.WO2.8纳米线的光热转换性能；
图6.Cs0.32WO3纳米棒的光热转换性能；
图7.Na0.58WO3纳米颗粒的光热转换性能；
图8.K0.57WO3纳米棒的光热转换性能。
具体实施方式
下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。
实施例1
称取0.35g WCl6,放入溶剂为100mL的高压反应釜内衬中，在搅拌条件下加入24mL的无水乙醇，随后在搅拌条件下加入56mL的PEG400，继续搅拌半小时。转移至高压反应釜中，180℃条件下反应24小时。反应结束后，离心分离，即可得WO2.72(W18O49)纳米线（见图1和图2）。该纳米线能很好地分散于水中，呈现强的近红外光吸收性质(图3a)。在低功率(0.72W/cm2)的980nm激光激发下，WO2.72纳米线(0.25-3mg/mL)能吸收980nm激光并有效产生热量，5min内升温12.2-41.2°C（图3b）。将该纳米材料注射到肿瘤老鼠的肿瘤内，然后通过激光照射老鼠的肿瘤。在激光辐照10min后，注射麻醉剂将老鼠处死，随后通过解剖取出肿瘤，并密封在石蜡中。用切片机切成4μm薄片，然后用苏木素-伊红染液将老鼠的肿瘤切片染色，然后用倒置的荧光显微镜观测可发现癌细胞被完全消融（图3c）。因此，这种WO2.72纳米线在癌症的治疗方面展现了巨大的应用价值。
实施例2
参照文献(Tunable Localized Surface Plasmon Resonances in Tungsten Oxide Nanocrystals,J.Am.Chem.Soc.2012,134,3995-3998)制备的WO2.83纳米线，该材料能很好地分散于水中，呈现强的近红外光吸收性质。在低功率(0.5W/cm2)的808nm激光激发下，该WO2.83纳米材料能吸收980nm激光并有效产生热量，使环境温度在6分钟内升高10℃（见图4）。特别值得指出的是，将该纳米材料注射到肿瘤老鼠的肿瘤内，然后通过激光照射老鼠的肿瘤。在激光辐照20min后，注射麻醉剂将老鼠处死，随后通过解剖取出肿瘤，并密封在石蜡中。用切片机切成4μm薄片，然后用苏木素-伊红染液将老鼠的肿瘤切片染色，然后用倒置的荧光显微镜观测可发现癌细胞被完全消融。因此，这种WO2.83纳米线在癌症的治疗方面展现了巨大的应用价值。
实施例3
参照文献(Tunable Localized Surface Plasmon Resonances in Tungsten Oxide Nanocrystals,J.Am.Chem.Soc.2012,134,3995-3998)制备的WO2.8纳米线，该材料能很好地分散于水中，呈现强的近红外光吸收性质。在低功率(0.4W/cm2)的980nm激光激发下，该WO2.8纳米材料能吸收980nm激光并有效产生热量，使环境温度在7分钟内升高7℃（见图5）。特别值得指出的是，将该纳米材料注射到肿瘤老鼠的肿瘤内，然后通过激光照射老鼠的肿瘤。在激光辐照20min后，注射麻醉剂将老鼠处死，随后通过解剖取出肿瘤，并密封在石蜡中。用切片机切成4μm薄片，然后用苏木素-伊红染液将老鼠的肿瘤切片染色，然后用倒置的荧光显微镜观测可发现癌细胞被完全消融。因此，这种WO2.8纳米线在癌症的治疗方面展现了巨大的应用价值。
实施例4
参照文献(Novel synthesis of homogenous Csx WO3 nanorods with excellent NIR shieldingproperties by a water controlled-release solvothermal process,J.Mater.Chem.,2010,20,8227）制备的Cs0.32WO3纳米棒，该材料能很好地分散于水中，呈现强的近红外光吸收性质。在低功率(0.5W/cm2)的980nm激光激发下，该Cs0.32WO3纳米材料能吸收980nm激光并有效产生热量，使环境温度在5分钟内升高10℃（见图6）。特别值得指出的是，将该纳米材料注射到肿瘤老鼠的肿瘤内，然后通过激光照射老鼠的肿瘤。在激光辐照15min后，注射麻醉剂将老鼠处死，随后通过解剖取出肿瘤，并密封在石蜡中。用切片机切成4μm薄片，然后用苏木素-伊红染液将老鼠的肿瘤切片染色，然后用倒置的荧光显微镜观测可发现癌细胞被完全消融。因此，这种Cs0.32WO3纳米棒在癌症的治疗方面展现了巨大的应用价值。
实施例5
参照文献(Effects of Crystallization Atmospheres on the Near-Infrared Absorbtion andElectroconductive Properties of Tungsten Bronze Type Mx WO3(M=Na,K),J.Am.Ceram.Soc.,2012,95,1634）制备的Na0.58WO3纳米颗粒，该材料能很好地分散于水中，呈现强的近红外光吸收性质。在低功率(0.5W/cm2)的980nm激光激发下，该NaxWO3纳米材料能吸收980nm激光并有效产生热量，使环境温度在6分钟内升高21.5℃（见图7）。特别值得指出的是，将该纳米材料注射到肿瘤老鼠的肿瘤内，然后通过激光照射老鼠的肿瘤。在激光辐照6min后，注射麻醉剂将老鼠处死，随后通过解剖取出肿瘤，并密封在石蜡中。用切片机切成4μm薄片，然后用苏木素-伊红染液将老鼠的肿瘤切片染色，然后用倒置的荧光显微镜观测可发现癌细胞被完全消融。因此，这种Na0.58WO3纳米颗粒在癌症的治疗方面展现了巨大的应用价值。
实施例6
参照文献(Effects of Crystallization Atmospheres on the Near-Infrared Absorbtion andElectroconductive Properties of Tungsten Bronze Type Mx bWO3(M=Na,K),J.Am.Ceram.Soc.,2012,95,1634）制备的K0.57WO3纳米棒，该材料能很好地分散于水中，呈现强的近红外光吸收性质。在低功率(0.6W/cm2)的980nm激光激发下，该K0.57WO3纳米材料能吸收980nm激光并有效产生热量，使环境温度在5分钟内升高14℃（见图8）。特别值得指出的是，将该纳米材料注射到肿瘤老鼠的肿瘤内，然后通过激光照射老鼠的肿瘤。在激光辐照10min后，注射麻醉剂将老鼠处死，随后通过解剖取出肿瘤，并密封在石蜡中。用切片机切成4μm薄片，然后用苏木素-伊红染液将老鼠的肿瘤切片染色，然后用倒置的荧光显微镜观测可发现癌细胞被完全消融。因此，这种Na0.57WO3纳米颗粒在癌症的治疗方面展现了巨大的应用价值。
Claims (8)
1.一种钨氧化物基纳米材料在制备近红外光热诊疗药物中的应用。
2.根据权利要求1所述的一种钨氧化物基纳米材料在制备近红外光热诊疗药物中的应用，其特征在于：所述的钨氧化物基纳米材料为WO3-x或MxWO3纳米材料，其中WO3-x为WO2.72、WO2.8、WO2.9或WO3；MxWO3中M代表Na、K或Cs元素，x为0.001-0.5范围内的数值。
3.根据权利要求2所述的一种钨氧化物基纳米材料在制备近红外光热诊疗药物中的应用，其特征在于：所述的WO3-x纳米材料的制备方法，包括：将钨源溶于有机溶剂，搅拌至溶解；然后转移至高压反应釜中，于100-240℃反应0.5-48h后离心分离，即得到WO3-x纳米材料。
4.根据权利要求3所述的一种钨氧化物基纳米材料在制备近红外光热诊疗药物中的应用，其特征在于：所述的钨源为钨盐、钨醇盐或者钨的配合物。
5.根据权利要求3所述的一种钨氧化物基纳米材料在制备近红外光热诊疗药物中的应用，其特征在于：所述的有机溶剂为醇类溶剂、油胺或油酸。
6.根据权利要求1所述的一种钨氧化物基纳米材料在制备近红外光热诊疗药物中的应用，其特征在于：所述的钨氧化物基纳米材料的形貌为纳米颗粒、纳米线、纳米片、纳米棒或纳米球。
7.根据权利要求1所述的一种钨氧化物基纳米材料在制备近红外光热诊疗药物中的应用，其特征在于：所述的钨氧化物基纳米材料为表面功能化或接上生物分子后的钨氧化物基纳米材料。
8.根据权利要求1所述的一种钨氧化物基纳米材料在制备近红外光热诊疗药物中的应用，其特征在于：所述的近红外光热诊疗中所用的近红外激光器的波长为808、980或1024nm，光强为0.01-30W/m2。
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