CN103505730A - 一种硒化铜/介孔二氧化硅核壳纳米粒子及其制备方法和应用 - Google Patents

一种硒化铜/介孔二氧化硅核壳纳米粒子及其制备方法和应用 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种硒化铜/介孔二氧化硅核壳纳米粒子及其制备方法和应用，硒化铜/介孔二氧化硅核壳纳米粒子为Cu2-xSe/mSiO2-PEG核壳纳米粒子，其中x为0-1，m为介孔。制备方法：制备Cu2-xSe纳米晶，通过CTAB将疏水性的Cu2-xSe纳米晶转移到水相中，再通过溶胶凝胶法以CTAB为模板在其表面生长一层介孔二氧化硅，最后表面修饰偶联上聚乙二醇，即得。在制备治疗诊断制剂中的应用。所得Cu2-xSe/mSiO2-PEG具有很低的细胞毒性，不仅能够有效的光热杀死癌细胞，而且能有效地将抗癌药物DOX传输到细胞内，并具有pH和激光敏感的药物缓释性能，从而可以实现光热治疗和化疗协同作用。

Description

一种硒化铜/介孔二氧化硅核壳纳米粒子及其制备方法和应用
技术领域
本发明属于核壳纳米粒子及其制备和应用领域，特别涉及一种硒化铜/介孔二氧化硅核壳纳米粒子及其制备方法和应用。
背景技术
随着社会生活步骤的加快，恶性肿瘤已经越来越成为威胁人类生命和身体健康的疾病，而传统的肿瘤治疗方法，如放射治疗和化疗对患者带来极大的痛苦以及很大副作用，因此迫切需要寻找更好新的治疗方法来代替传统方法。光热治疗技术是一种新兴的微创技术，是利用光热转换材料把近红外激光的光能转换成热能，实现局部高温，从而杀死癌细胞，而对正常组织细胞基本上没有影响（Chem.Rev.2003,103(2):577-644；Cancer Lett.1997,115(1):25-30），因此其在肿瘤治疗上具有良好的应用前景。
最近多种具有强的光吸收的材料，已经显现出惊人的光热治疗效果。其中，贵金属纳米材料是最广泛探索的纳米材料，包括金纳米棒、金纳米笼、金纳米壳、钯纳米片。但是贵金属纳米材的高成本限制了其广泛的生物应用。碳材料包括碳纳米管和石墨烯以及有机化合物包括聚苯胺和聚吡咯，也表现出优异的光热杀死癌细胞的效果。最近，硫属铜基光热转换材料作为一种有前景的光热试剂，具有成本低，光热转换效率高，制备方法简便等优点(ACSNano2011,5,9761-9771;Adv.Mater.2011,23,3542-3547;J.Am.Chem.Soc.2010,132,15351-15358;Nano Lett.2011,11,2560-2566)。众所周知，光热材料作为一种理想的平台应用于肿瘤的治疗上，需满足以下几个方面：近红外吸收强，光热转换效率高，生物相容性好。然而先前有报道通过热解法制备的硒化铜是疏水的(Nano Lett.2011,11,2560–2566)，并且其生物相容性较差，需要通过聚合物包覆改善其亲水性，但是依然具有较大的生物毒性，限制了其在生物领域的广泛应用。因此，探索和开发能进一步降低硒化铜光热试剂毒性的表面修饰新技术，具有重要的应用价值。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种硒化铜/介孔二氧化硅核壳纳米粒子及其制备方法和应用，本发明所获得Cu2-xSe/mSiO2-PEG具有很低的细胞毒性，不仅能够有效的光热杀死癌细胞，而且能有效地将抗癌药物DOX传输到细胞内，并具有pH和激光敏感的药物缓释性能，从而可以实现光热治疗和化疗协同作用。
本发明的一种硒化铜/介孔二氧化硅核壳纳米粒子，所述硒化铜/介孔二氧化硅核壳纳米粒子为Cu2-xSe/mSiO2-PEG核壳纳米粒子，其中x为0-1之间，m为介孔，核壳纳米粒子的粒径为5-500nm。
本发明的一种硒化铜/介孔二氧化硅核壳纳米粒子的制备方法，包括：
（1）Cu2-xSe的合成：将氯化亚铜中加入油酸，得到A溶液；将硒粉中加入油酸和油胺，得到B溶液；分别将溶液A、B中通入氮气，搅拌，加热至110-120℃，保温20-30min，以除去装置中的水分和氧气，然后将B溶液加热到250-280℃，保温30-35min，再冷却至200-220℃，同时，将A溶液升温至200-220℃，然后吸取B溶液，加入到A溶液中，反应5-10min，冷却至室温，离心洗涤，加入氯仿，得到C溶液；其中吸取的B溶液和A溶液的体积比为1:2；
（2）制备水溶性的Cu2-xSe纳米晶：将表面活性剂溶解在水中，得到表面活性剂溶液，然后升温并稳定在30-80℃，搅拌加入C溶液，继续搅拌1-5h，蒸馏，过滤，以除去较大颗粒的杂质等，稀释，得到D溶液；其中表面活性剂和溶液C的质量体积比为0.1-20g:1-500mL；
（3）将D溶液中加入乙醇，搅拌，升温并保持在30-80℃，加入NaOH溶液和正硅酸乙酯TEOS，反应0.5-1h，然后加入聚乙二醇-硅烷偶联剂PEG-silane，继续反应2-24h，离心，洗涤，加入NH4NO3溶液中，40-60℃条件下，搅拌1-5h，离心，洗涤，即得硒化铜/介孔二氧化硅核壳纳米粒子，其中D溶液、乙醇、NaOH溶液、正硅酸乙酯TEOS、聚乙二醇-硅烷偶联剂PEG-silane、NH4NO3溶液的体积比为10-75mL：1-10mL:10-1000μL：10-1000μL：10-1000μL：10-150mL。
所述步骤（1）中A溶液的浓度为4.9mg/ml，B溶液的浓度为7.9mg/ml，油酸和油胺的体积比为1:1，C溶液的浓度为1-500mg/mL。
所述步骤（1）中的离心洗涤为加入无水乙醇在12000r/min下离心12分钟，用乙醇洗三次。
所述步骤（2）中表面活性剂为十六烷基三甲基溴化铵CTAB；表面活性剂溶解在水中的质量体积比为0.05-20g：75ml；D溶液的浓度为0.01-100mg/mL。
所述步骤（2）蒸馏为通过旋转蒸发蒸馏出残留的氯仿。
所述步骤（2）中过滤为0.22μm微滤膜过滤。
所述步骤（3）中NaOH溶液的浓度为10-100mg/mL，NH4NO3溶液的浓度为1-15mg/mL。
本发明的一种硒化铜/介孔二氧化硅核壳纳米粒子在作为红外光热治疗制剂中的应用。
本发明的一种硒化铜/介孔二氧化硅核壳纳米粒子在抗癌药物的负载、转运，缓释的应用。
通过介孔二氧化硅的包覆降低硒化铜光热试剂的细胞毒性。
通过介孔二氧化硅的包覆以及表面的PEG修饰提高硒化铜光热试剂的生物相容性。
本发明首先制备尺寸小于50nm的Cu2-xSe纳米晶，然后通过表面活性剂将疏水性的Cu2-xSe纳米晶转移到水相中，再通过溶胶凝胶法以表面活性剂为模板在其表面生长一层介孔二氧化硅，最后通过表面修饰偶联上聚乙二醇，获得尺寸在5-500nm的Cu2-xSe/mSiO2-PEG核壳纳米粒子。
硫属铜基光热试剂具有成本低，光热转换效率高，制备方法简便等优点。然而通过热解法制备的硫属铜基纳米晶通常是疏水的，其毒性较大、生物相容性较差。将介孔二氧化硅壳包覆在硫属铜基纳米材料表面，不仅能提高其生物相容性，而且能够负载抗癌药物，应用于肿瘤细胞的化疗。
有益效果
（1）本发明的在硒化铜纳米材料表面包裹一层二氧化硅壳，可以提高其生物相容性和稳定性，降低其生物毒性；
（2）本发明将介孔二氧化硅壳包裹在硒化铜纳米材料上，则形成硒化铜纳米材料/介孔二氧化硅核壳纳米粒子。其中，硒化铜纳米材料能有效地将近红外光能转化为热能杀死癌细胞，介孔的二氧化硅壳能够负载抗癌药物，具有药物传输与缓释的功能，可应用于肿瘤细胞的化疗；
（3）本发明所获得Cu2-xSe/mSiO2-PEG具有很低的细胞毒性，不仅能够有效的光热杀死癌细胞，而且能有效地将抗癌药物DOX传输到细胞内，并具有pH和激光敏感的药物缓释性能，从而可以实现光热治疗和化疗协同作用。
附图说明
图1.是本发明中所制备的硒化铜/介孔二氧化硅核壳纳米粒子的低倍TEM图（a）和高倍TEM图（b）；
图2.是本发明中所制备的硒化铜/介孔二氧化硅核壳纳米粒子的XRD图谱（a），紫外可见近红外光吸收谱图（b），光热转换图（c），药物缓释图（d）。
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
（1）Cu2-xSe的合成：将49mg氯化亚铜置于三口瓶中，加入10mL油酸，形成A溶液，将79mg硒粉置于三口瓶中，加入5mL油酸和5mL油胺，形成B溶液。将两个三口瓶放入加热套中，通入氮气，搅拌，加热至120℃后，保温20分钟，以除去装置中的水分和氧气。然后将B溶液加热到280℃，保温半小时，再将其冷却到220℃。同时，将A溶液升温到220℃。用注射器吸取5mL B溶液，注射到A溶液中，反应5分钟后，冷却到室温。加入适量无水乙醇在12000r/min下离心12分钟。用乙醇洗三次后，加入5mL氯仿，形成C溶液，备用。
（2）制备水溶性的Cu2-xSe纳米晶：1.5g的CTAB溶解在75mL水中，升温并稳定在40℃，剧烈搅拌下，逐滴加入D溶液，继续搅拌36小时。之后通过旋转蒸发蒸馏出残留的氯仿，通过0.22μm微滤膜，以除去较大颗粒的杂质等，最后将稀释至75mL，配成透明的墨绿色的D溶液。
（3）制备Cu2-xSe/mSiO2-PEG核壳纳米粒子：取50mL的D溶液，加入3mL的乙醇，搅拌，升温并保持在40℃。加入100μL的NaOH溶液(30mg/mL)后，再加入100μL的TEOS，反应一小时后，加入100μL的聚乙二醇-硅烷偶联剂（PEG-silane），继续反应5小时，离心，乙醇洗涤3次。加入50mL NH4NO3乙醇溶液中（5mg/mL）中，50℃下搅拌2小时后。之后离心，乙醇洗三次，即得到Cu2-xSe/mSiO2-PEG核壳纳米粒子。
（4）Cu2-xSe/mSiO2-PEG核壳纳米粒子溶于水，配置成不同浓度，用980nm激光（功率密度为0.72W/m2）辐照480s，结果见图2c.随着浓度的升高，温度升高得越高，当浓度为400μg/mL时，温度从25℃升高达到46.8℃，升高的温度足以有效地杀死癌细胞，治疗癌症。由此可见，该纳米材料拥有良好的光热转换性能。
（5）分别取10mg的Cu2-xSe/mSiO2-PEG核壳纳米粒子和30mL0.1mg/mL的阿霉素（DOX），在室温下搅拌48小时以达到饱和，计算Cu2-xSe/mSiO2-PEG核壳纳米粒子载药率为15.53%。分别将载药的Cu2-xSe/mSiO2-PEG核壳纳米粒子分别溶于PBS（pH7.4）和pH为4.8的缓冲液，进行药物释放实验，结果见图2d。pH为4.8时，不用激光照射的释放量为31.66%，用激光照射的释放量为56.53%；pH为7.4时，不用激光照射的释放量为5.00%，用激光照射的释放量为12.30%。并且Cu2-xSemSiO2核壳纳米粒子所具有的很强的红外吸光能力，不仅能达到光热转换升高温度以杀死癌细胞的能力，且可以通过控制pH值和是否激光照射，实现药物的可控释放。因此，制备的Cu2-xSemSiO2纳米核壳粒子可作为热疗和化疗的双功能平台，可以实现光热治疗和药物化学治疗同时作用，从而更高效率的杀死癌细胞。所以，Cu2-xSemSiO2纳米核壳材料在癌症治疗上具有广阔的应用潜力。
实施例2
（1）Cu2-xSe的合成：将49mg氯化亚铜置于三口瓶中，加入10mL油酸，形成A溶液，将79mg硒粉置于三口瓶中，加入5mL油酸和5mL油胺，形成B溶液。将两个三口瓶放入加热套中，通入氮气，搅拌，加热至120℃后，保温20分钟，以除去装置中的水分和氧气。然后将B溶液加热到280℃，保温半小时，再将其冷却到220℃。同时，将A溶液升温到220℃。用注射器吸取5mL B溶液，注射到A溶液中，反应5分钟后，冷却到室温。加入适量无水乙醇在12000r/min下离心12分钟。用乙醇洗三次后，加入5mL氯仿，形成C溶液，备用。
（2）制备水溶性的Cu2-xSe纳米晶：1g的CTAB溶解在75mL水中，升温并稳定在50℃，剧烈搅拌下，逐滴加入D溶液，继续搅拌24小时。之后通过旋转蒸发蒸馏出残留的氯仿，通过0.22μm微滤膜，以除去较大颗粒的杂质等，最后将稀释至75mL，配成透明的墨绿色的D溶液。
（3）制备Cu2-xSe/mSiO2-PEG核壳纳米粒子：取50mL的D溶液，加入2mL的乙醇，搅拌，升温并保持在50℃。加入150μL的NaOH溶液(30mg/mL)后，再加入200μL的TEOS，反应1小时后，加入200μL of聚乙二醇-硅烷偶联剂（PEG-silane），继续反应8小时，离心，乙醇洗涤3次。加入50mL NH4NO3溶液中（8mg/mL）中，60℃下搅拌1小时后。之后离心，乙醇洗三次，即得到Cu2-xSe/mSiO2-PEG核壳纳米粒子。

Claims (9)

1.一种硒化铜/介孔二氧化硅核壳纳米粒子，其特征在于：所述硒化铜/介孔二氧化硅核壳纳米粒子为Cu2-xSe/mSiO2-PEG核壳纳米粒子，其中x为0-1之间，m为介孔，核壳纳米粒子的粒径为5-500nm。
2.一种如权利要求1所述的硒化铜/介孔二氧化硅核壳纳米粒子的制备方法，包括：
（1）将氯化亚铜中加入油酸，得到A溶液；将硒粉中加入油酸和油胺，得到B溶液；分别将溶液A、B中通入氮气，搅拌，加热至110-120℃，保温20-30min，然后将B溶液加热到250-280℃，保温30-35min，再冷却至200-220℃，同时，将A溶液升温至200-220℃，然后吸取B溶液，加入到A溶液中，反应5-10min，冷却至室温，离心洗涤，加入氯仿，得到C溶液；其中吸取的B溶液和A溶液的体积比为1:2；
（2）将表面活性剂溶解在水中，得到表面活性剂溶液，然后升温并稳定在30-80℃，搅拌加入C溶液，继续搅拌1-5h，蒸馏，过滤，稀释，得到D溶液；其中表面活性剂和溶液C的质量体积比为0.1-20g:1-500mL；
（3）将D溶液中加入乙醇，搅拌，升温并保持在30-80℃，加入NaOH溶液和正硅酸乙酯TEOS，反应0.5-1h，然后加入聚乙二醇-硅烷偶联剂PEG-silane，继续反应2-24h，离心，洗涤，加入NH4NO3溶液中，40-60℃条件下，搅拌1-5h，离心，洗涤，即得硒化铜/介孔二氧化硅核壳纳米粒子，其中D溶液、乙醇、NaOH溶液、正硅酸乙酯TEOS、聚乙二醇-硅烷偶联剂PEG-silane、NH4NO3溶液的体积比为10-75mL：1-10mL：10-1000μL：10-1000μL：10-1000μL：10-150mL。
3.根据权利要求2所述的一种硒化铜/介孔二氧化硅核壳纳米粒子的制备方法，其特征在于：所述步骤（1）中A溶液的浓度为4.9mg/mL，B溶液的浓度为7.9mg/mL，油酸和油胺的体积比为1:1，C溶液的浓度为1-500mg/mL。
4.根据权利要求2所述的一种硒化铜/介孔二氧化硅核壳纳米粒子的制备方法，其特征在于：所述步骤（1）中的离心洗涤为加入无水乙醇在12000r/min下离心12分钟，用乙醇洗三次。
5.根据权利要求2所述的一种硒化铜/介孔二氧化硅核壳纳米粒子的制备方法，其特征在于：所述步骤（2）中表面活性剂为十六烷基三甲基溴化铵CTAB；表面活性剂溶解在水中的质量体积比为0.05-20g：75ml；D溶液的浓度为0.01-100mg/mL。
6.根据权利要求2所述的一种硒化铜/介孔二氧化硅核壳纳米粒子的制备方法，其特征在于：所述步骤（2）中过滤为0.22μm微滤膜过滤。
7.根据权利要求2所述的一种硒化铜/介孔二氧化硅核壳纳米粒子的制备方法，其特征在于：所述步骤（3）中NaOH溶液的浓度为10-100mg/mL，NH4NO3溶液的浓度为1-15mg/mL。
8.一种如权利要求1所述的硒化铜/介孔二氧化硅核壳纳米粒子在作为红外光热治疗制剂中的应用。
9.一种如权利要求1所述的硒化铜/介孔二氧化硅核壳纳米粒子在抗癌药物的负载、转运，缓释的应用。
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