CN103110946B - 一种基于细胞热疗的自控温纳米热种子材料及制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于细胞热疗的自控温纳米热种子材料及制备方法，该材料呈纳米核壳结构，直径在30-100纳米，核壳结构的中心是掺杂稀土元素铈的锰锌铁氧体，依次向外分别是氧化硅包覆层、壳聚糖包覆层、叶酸包覆层。本发明还公开了自控温热种子材料的制备方法，首先制备掺杂稀土元素铈的锰锌铁氧体纳米颗粒，然后在制备的铁氧体纳米颗粒表面包覆一层氧化硅，在包覆氧化硅后的纳米颗粒表面进行壳聚糖包覆，最后在核壳纳米结构表面偶联一层叶酸层。本发明的自控温纳米热种子材料具有较强的微波热效应、自控温特性及对肿瘤细胞的靶向性，该热种子材料可以应用于肿瘤微波热疗。
Description
技术领域
本发明涉及基于细胞热疗的自控温纳米热种子材料及制备方法，尤其涉及一种纳米核壳结构，直径在30-100纳米，核壳结构的中心是掺杂稀土元素铈的锰锌铁氧体，依次向外分别是氧化硅包覆层、壳聚糖包覆层、叶酸包覆层，以及这种自控温热种子材料的制备方法。本发明属于生物医用材料科学领域。
背景技术
近年来对于肿瘤疾病的治疗研究越来越受到人们的关注。在肿瘤的治疗中，最大难点是在确保杀灭肿瘤细胞的同时而不对正常细胞或组织造成伤害，微波靶向热疗的治疗原理是利用微波热种子材料在肿瘤区域利用热种子材料的微波热效应加热肿瘤细胞至43-47℃，导致肿瘤细胞凋亡，达到治疗肿瘤的目的。利用微波靶向热效应加热病灶区域的肿瘤细胞，使其温度达到细胞损伤的界限来破坏肿瘤组织，这种情况下由于周围正常的组织温度低于靶点区域的温度，所以不会遭受损伤，并且靶向热疗具有非组织器官特异性，适用范围广，加热时间和温度易于体外控制且具有非创伤性治疗等优点成为近年来研究的热点。靶向定位微波热疗的关键技术问题是微波热种子材料，热种子材料的性能、产热效率及温度控制等影响着微波靶向热疗的应用。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明要解决的问题是提供一种基于细胞热疗的自控温纳米热种子材料及制备方法，该材料具有较强的微波热效应、自控温特性及对肿瘤细胞的靶向性。
本发明涉及的肿瘤热疗用纳米热种子材料，该材料呈纳米核壳结构，直径在30-100纳米，核壳结构的中心是掺杂稀土元素铈的锰锌铁氧体，依次向外分别是氧化硅包覆层、壳聚糖包覆层、叶酸包覆层。
本发明所述的热种子材料的制备方法，由下述步骤实现：
(1)制备稀土元素铈掺杂锰锌铁氧体，本发明所用化学试剂均为市售，使用前均未进行任何纯化处理，根据化学式(Mn0.7Zn0.3Ce0.03Fe1.07O4)的摩尔计量比，总金属离子浓度约为1.0-1.5mol/L称取适量Fe(NO3)3、Ce(NO3)3、Mn(NO3)2、Zn(NO3)2分别溶于柠檬酸溶液中，柠檬酸与金属阳离子的摩尔比为1∶1。几分钟后得到均一透明的混合溶液，向混合液中滴入一定量的氨水调整pH值为7。电磁搅拌3小时，室温下老化10-24小时，将混合溶液置于水浴锅中90℃水浴5小时形成溶胶，然后将其移入干燥箱中110℃干燥2-3天直至形成干凝胶。干凝胶置于烧结炉中，220℃保温4小时去除凝胶中的有机成分。400-600℃下煅烧1-2小时后，随炉冷却后将获得的粉体，取出并研磨，过325目筛后得到纳米铁氧体粉体备用。
(2)氧化硅包覆铁氧体纳米颗粒主要通过两个步骤完成。步骤一，取1.0g铁氧体纳米粉体和0.3ml的有机硅烷偶联剂3-氨丙基三乙氧基硅烷加入50-80ml乙醇中，连续搅拌3小时。步骤二，准备两种溶胶，溶液I和溶液II。溶液I的组成为1.6ml TEOS和9ml乙醇；溶液II是250ml0.8M的氨水。在连续搅拌的情况下将溶液I与步骤一中的溶液混合。然后，在连续搅拌下将溶液II尽可能慢的加入上述的混合溶液。12-24小时后，将N，-N-二甲基甲酰胺(DMF)加入滴加完成的混合溶液中并剧烈搅拌，通过减压蒸馏去除上述溶液中的水分和乙醇，得到DMF的悬浊液。使用0.22mm微孔聚碳酸酯滤膜真空抽滤得到DMF的悬浊液中的沉淀，使用对二甲苯洗涤沉淀数次。将所得沉淀在干燥箱中110℃烘干2天，最后将烘干后的物质在管式炉中400-500℃煅烧30分钟，氮气气氛。
(3)取壳聚糖溶解于的稀醋酸溶液(pH＝2)中，然后加入步骤(2)得到粉体，将混合液超声分散，然后磁力搅拌。在分散体系中滴加稀氨水，使复合体系pH值大于10，至壳聚糖沉积于氧化硅表面层上形成又一包覆层。加热混合溶液至50-70℃，加入一定浓度的戊二醛，表面沉积的壳聚糖交联反应1-2小时。然后，将复合材料样品通过离心收集后，用稀醋酸冲洗除去未交联的壳聚糖。最后，将所得产品放于真空干燥箱中50℃干燥至恒重备用。
(4)取壳聚糖包覆后的核壳结构溶于pH值为4.7的醋酸缓冲液中；分别取定量的叶酸和1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺盐酸盐(EDC)溶解于无水二甲基亚砜(DMSO)中，室温连续电磁搅拌1-3小时，直至叶酸完全溶解，然后将叶酸DMSO溶液加入壳聚糖包覆后的铁氧体复合结构的醋酸缓冲溶液中，室温避光搅拌12-18小时，滴加氢氧化钠溶液至p H值为9终止反应。在p H值为4.7的醋酸缓冲液透析3天后，蒸馏水透析3天，除去未反应完全的反应物。将透析产物于冷冻干燥机中冻干，产物于干燥器内保存。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步阐述，但本发明保护内容不仅限于所述实施例。
实施例：
(1)制备稀土元素铈掺杂锰锌铁氧体，本发明所用化学试剂均为市售，使用前均未进行任何纯化处理，根据化学式(Mn0.7Zn0.3Ce0.03Fe1.07O4)的摩尔计量比，总金属离子浓度约为1.0mol/L称取适量Fe(NO3)3、Ce(NO3)3、Mn(NO3)2、Zn(NO3)2分别溶于柠檬酸溶液中，柠檬酸与金属阳离子的摩尔比为1∶1。几分钟后得到均一透明的混合溶液，向混合液中滴入一定量的氨水调整pH值为7。电磁搅拌3小时，室温下老化24小时，将混合溶液置于水浴锅中90℃水浴5小时形成溶胶，然后将其移入干燥箱中110℃干燥3天直至形成干凝胶。干凝胶置于烧结炉中，220℃保温4小时去除凝胶中的有机成分。500℃下煅烧1.5小时后，随炉冷却后将获得的粉体，取出并研磨，过325目筛后得到纳米铁氧体粉体备用。
(2)氧化硅包覆铁氧体纳米颗粒主要通过两个步骤完成。步骤一，取1.0g铁氧体纳米粉体和0.3ml的有机硅烷偶联剂3-氨丙基三乙氧基硅烷加入50ml乙醇中，连续搅拌3小时。步骤二，准备两种溶胶，溶液I和溶液II。溶液I的组成为1.6ml TEOS和9ml乙醇；溶液II是250ml0.8M的氨水。在连续搅拌的情况下将溶液I与步骤一中的溶液混合。然后，在连续搅拌下将溶液II尽可能慢的加入上述的混合溶液。24小时后，将N，-N-二甲基甲酰胺(DMF)加入滴加完成的混合溶液中并剧烈搅拌，通过减压蒸馏去除上述溶液中的水分和乙醇，得到DMF的悬浊液。使用0.22mm微孔聚碳酸酯滤膜真空抽滤得到DMF的悬浊液中的沉淀，使用对二甲苯洗涤沉淀数次。将所得沉淀在干燥箱中110℃烘干2天，最后将烘干后的物质在管式炉中500℃煅烧30分钟，氮气气氛。
(3)取壳聚糖溶解于的稀醋酸溶液(pH＝2)中，然后加入步骤(2)得到粉体，将混合液超声分散，然后磁力搅拌。在分散体系中滴加稀氨水，使复合体系pH值大于10，至壳聚糖沉积于氧化硅表面层上形成又一包覆层。加热混合溶液至60℃，加入一定浓度的戊二醛，表面沉积的壳聚糖交联反应2小时。然后，将复合材料样品通过离心收集后，用稀醋酸冲洗除去未交联的壳聚糖。最后，将所得产品放于真空干燥箱中50℃干燥至恒重备用。
(4)取壳聚糖包覆后的核壳结构溶于pH值为4.7的醋酸缓冲液中；分别取定量的叶酸和1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺盐酸盐(EDC)溶解于无水二甲基亚砜(DMSO)中，室温连续电磁搅拌1小时，直至叶酸完全溶解，然后将叶酸DMSO溶液加入壳聚糖包覆后的铁氧体复合结构的醋酸缓冲溶液中，室温避光搅拌16小时，滴加氢氧化钠溶液至pH值为9终止反应。在pH值为4.7的醋酸缓冲液透析3天后，蒸馏水透析3d，除去未反应完全的反应物。将透析产物于冷冻干燥机中冻干，产物于干燥器内保存。
Claims (1)
1.一种基于细胞热疗的自控温纳米热种子材料，该材料呈纳米核壳结构，直径为30-100纳米，核壳结构的中心是稀土元素铈掺杂锰锌铁氧体，依次向外分别是氧化硅包覆层、壳聚糖包覆层、叶酸包覆层；
由如下步骤制备：
(1)制备稀土元素铈掺杂锰锌铁氧体，所用化学试剂均为市售，使用前均未进行任何纯化处理，根据化学式Mn0.7Zn0.3Ce0.03Fe1.07O4的摩尔计量比，总金属离子浓度为1.0-1.5mol/L，称取适量Fe(NO3)3、Ce(NO3)3、Mn(NO3)2、Zn(NO3)2分别溶于柠檬酸溶液中，柠檬酸与总金属离子的摩尔比为1∶1；几分钟后得到均一透明的混合溶液，向混合液中滴入一定量的氨水调整pH值为7；电磁搅拌3小时，室温下老化10-24小时，将混合溶液置于水浴锅中90℃水浴5小时形成溶胶，然后将其移入干燥箱中110℃干燥2-3天直至形成干凝胶；干凝胶置于烧结炉中，220℃保温4小时去除凝胶中的有机成分；400-600℃下煅烧1-2小时后，随炉冷却后获得的粉体，取出并研磨，过325目筛后得到稀土元素铈掺杂锰锌铁氧体，备用；
(2)氧化硅包覆，主要通过两个步骤完成：步骤一，取1.0g上面步骤(1)稀土元素铈掺杂锰锌铁氧体和0.3mL的有机硅烷偶联剂3-氨丙基三乙氧基硅烷加入50-80mL乙醇中，连续搅拌3小时；步骤二，准备两种溶液，溶液I和溶液II；溶液I的组成为1.6mL TEOS和9mL乙醇；溶液II是250mL 0.8M的氨水；在连续搅拌的情况下将溶液I与步骤一中的溶液混合；然后，在连续搅拌下将溶液II尽可能慢的加入到溶液I与步骤一中的溶液混合后的溶液中；12-24小时后，将N，-N-二甲基甲酰胺(DMF)加入滴加完成的混合溶液中并剧烈搅拌，然后通过减压蒸馏去除溶液中的水分和乙醇，得到DMF的悬浊液；使用0.22μm微孔聚碳酸酯滤膜真空抽滤得到DMF的悬浊液中的沉淀，使用对二甲苯洗涤沉 淀数次；将所得沉淀在干燥箱中110℃烘干2天，最后将烘干后的物质在管式炉中400-500℃煅烧30分钟，氮气气氛；
(3)壳聚糖包覆：取壳聚糖溶解于的pH＝2的稀醋酸溶液中，然后加入步骤(2)得到的氧化硅包覆的材料，将混合液超声分散，然后磁力搅拌；在分散体系中滴加稀氨水，使复合体系pH值大于10，至壳聚糖沉积于氧化硅表面层上形成又一包覆层；加热混合溶液至50-70℃，加入一定浓度的戊二醛，表面沉积的壳聚糖交联反应1-2小时；然后，通过离心收集后，用稀醋酸冲洗除去未交联的壳聚糖；最后，将所得的材料放于真空干燥箱中50℃干燥至恒重备用；
(4)叶酸包覆：取步骤(3)壳聚糖包覆后的材料溶于pH值为4.7的醋酸缓冲液中；分别取定量的叶酸和1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺盐酸盐溶解于无水二甲基亚砜(DMSO)中，室温连续电磁搅拌1-3小时，直至叶酸完全溶解，然后将叶酸DMSO溶液加入壳聚糖包覆后的铁氧体复合结构的醋酸缓冲溶液中，室温避光搅拌12-18小时，滴加氢氧化钠溶液至pH值为9终止反应；在pH值为4.7的醋酸缓冲液透析3天后，蒸馏水透析3天，除去未反应完全的反应物；将透析产物于冷冻干燥机中冻干，产物于干燥器内保存。
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