CN103536935A

CN103536935A - 一种光敏剂修饰的核壳结构磁性纳米复合材料及其制备方法和应用

Info

Publication number: CN103536935A
Application number: CN201310368539.8A
Authority: CN
Inventors: 吴惠霞; 汤才志; 杨昕仪; 于超; 杨仕平
Original assignee: Shanghai Normal University
Current assignee: Shanghai Normal University; University of Shanghai for Science and Technology
Priority date: 2013-11-26
Filing date: 2013-11-26
Publication date: 2014-01-29
Anticipated expiration: 2033-11-26
Also published as: CN103536935B

Abstract

本发明属于纳米复合材料领域，特别涉及一种光敏剂修饰的核壳结构磁性纳米复合材料及其制备方法和应用，本发明是通过溶剂热法制备油溶性的四氧化三锰纳米粒子，并对油溶性的四氧化三锰纳米粒子进行水溶性改性，再通过溶胶凝胶法包覆介孔二氧化硅，并对其进行氨基功能化，使其表面具有大量的氨基可以结合光敏剂分子Ce6。所述纳米材料的粒径均一，粒径在60nm左右，分散性好，具有优良的生物相容性、T₁加权成像效果好，可应用于制备核磁共振造影剂；该复合材料可作为疏水药物载体，载药量大，而且其表面修饰的光敏剂分子Ce6，在632.8nm的激光激发下可以产生单线态氧，能有效杀死癌细胞，可用于光动力学治疗。

Description

一种光敏剂修饰的核壳结构磁性纳米复合材料及其制备方法和应用

技术领域

本发明属于纳米复合材料领域，特别涉及一种光敏剂修饰的核壳结构磁性纳米复合材料及其制备方法和应用。

背景技术

磁性纳米材料由于其在纳米尺度上的独特磁学性质，已经在磁记录、磁性探针等多个方面有了广阔的应用。近年来，磁性纳米粒子的应用已经扩展到医学领域，如磁共振成像、生物分离和磁热疗等方面。由于其无创性和多层面的断层功能，加上高空间分辨率，磁共振成像(MRI)技术是最重要的医疗诊断工具之一，在医学诊断方面具有很多的功用。MRI技术能够十分有效地显示出软组织的解剖学细节，而造影剂能够使图像更清楚，从而实现生理活动的实时观察。

介孔二氧化硅纳米材料是一种具有高比表面积、大孔容、形貌和尺寸可控的新型无机材料，近年来它在各领域的应用研究引起了广泛关注。介孔二氧化硅纳米材料自2001年首次报道作为药物载体以来，该材料由于其灵活的合成方法、独特的介孔结构、较高的比表面积、易于表面功能化、以及良好的生物相容性，在生物医学领域特别是作为多功能药物输送载体装载各种化学药物、生物大分子、基因，以及用于复合磁性、荧光等性能制备多功能诊疗平台等方面受到越来越多的关注。

光动力疗法（Photodynamic Therapy，PDT）是利用光动力效应进行疾病诊断和治疗的一种新技术。其作用基础是光动力效应。这是一种有氧分子参与的伴随生物效应的光敏化反应。其过程是，用特定波长的激光照射使组织吸收的光敏剂受到激发，激发态的光敏剂把能量传递给周围的氧，生成活性很强的单态氧，单态氧使相邻的生物大分子发生氧化反应，产生细胞毒性作用，从而导致细胞受损乃至死亡。到目前为止，已有多个医院在临床上采用光动力疗法对肿瘤进行诊断和治疗。

发明内容

本发明的目的是提供一种光敏剂修饰的核壳结构磁性纳米复合材料，该复合材料是在Mn₃O₄表面包覆介孔二氧化硅，并修饰光敏剂二氢卟吩e6（Ce6），该材料的粒径为60nm左右且粒径均匀，分散性好，具有优良的生物相容性，载药量大，T₁加权成像效果好，可应用于制备核磁共振造影剂、药物载体及光动力治疗中。

本发明的另一个目的是提供上述光敏剂修饰的核壳结构磁性纳米复合材料的制备方法。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种光敏剂修饰的核壳结构磁性纳米复合材料，其特征在于：所述复合材料以Mn₃O₄纳米粒子为核，核的粒径为13-17nm，以介孔二氧化硅为壳，壳的厚度为18-22nm，并在壳的表面修饰光敏剂Ce6。

上述光敏剂修饰的核壳结构磁性纳米复合材料的制备方法，其步骤包括：

（1）在油胺中滴加Mn(NO₃)₂溶液，边滴加边搅拌，然后在150℃-250℃条件下保持8-13小时，冷却、取沉淀物并洗涤，得到油溶性Mn₃O₄纳米粒子，并保存在有机溶剂中。优选的所述有机溶剂为氯仿。

（2）将步骤（1）中的油溶性Mn₃O₄纳米粒子滴加入十六烷基三甲基溴化铵水溶液中，搅拌2-3小时，加热至50℃-70℃，保持5-15分钟，蒸干有机溶剂。

（3）将步骤（2）中的含有水溶性Mn₃O₄纳米粒子的溶液在50-70℃条件下，pH值调节至8-9，分别加入正硅酸四乙酯和乙酸乙酯，然后再加入3-氨基丙基-三乙氧基硅烷，保持反应液温度至50℃-70℃，搅拌10-24小时，冷却、洗涤，分散于乙醇中，得到表面包覆有介孔二氧化硅的Mn₃O₄纳米粒子的乙醇分散液。

（4）将步骤（3）中的乙醇分散液中加入含有硝酸铵的乙醇溶液中，加热至55℃-65℃，搅拌1-3小时，冷却、离心洗涤，并重复2-3次；

（5）将EDC、N-羟基丁二酰亚胺溶于二甲基亚砜中，加入Ce6，0.5-1小时后再加入步骤（4）中的纳米粒子，避光反应10-24小时，离心洗涤即可。为了去除纳米材料吸附的物质，可将离心得到的纳米材料密封在透析袋中，放在PBS溶液中透析72小时。

所述步骤（1）中，油胺和Mn元素的用量比为1mL:0.1-0.6mmol。

所述步骤（2）中，Mn₃O₄与十六烷基三甲基溴化铵的加入配比为1mmol：2-4g。

所述步骤（3）中，Mn₃O₄、正硅酸四乙酯、乙酸乙酯及3-氨基丙基-三乙氧基硅烷的加入配比为1mmol：4-8mL：25-40mL：0.5-3mL；Mn₃O₄与乙醇的用量比为1mmol：120-170mL。

所述步骤（4）中，Mn₃O₄和硝酸铵的用量比为1mmol：200-250mg；所述含有硝酸铵的乙醇溶液中，硝酸铵与乙醇的用量比为0.3-0.8mg/mL。

所述步骤（5）中，1-乙基-(3-二甲基氨基丙基)碳酰二亚胺盐酸、N-羟基丁二酰亚胺、Ce6与二甲基亚砜的用量比为1mg：0.5-3mg：0.01-0.2mg：0.1-0.5mL；Ce6与Mn₃O₄的加入配比为1mg：0.003-0.03mol。

上述光敏剂修饰的核壳结构磁性纳米复合材料可以应用在制备核磁共振造影剂中。

上述光敏剂修饰的核壳结构磁性纳米复合材料可以应用在药物载体中。优选的，该药物为疏水药物姜黄素。

上述光敏剂修饰的核壳结构磁性纳米复合材料可以应用在光动力疗法治疗肿瘤中的光敏剂的制备中。

本发明是通过溶剂热法制备油溶性的四氧化三锰纳米粒子，并对油溶性的四氧化三锰纳米粒子进行水溶性改性，再通过溶胶凝胶法包覆介孔二氧化硅，其表面有大量的氨基可以结合光敏剂分子Ce6，在介孔二氧化硅的孔道中可以负载疏水药物姜黄素，从而实现了核磁造影、光动力治疗、药物释放及其协同作用的多功能诊断与治疗的结合。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

1、所述光敏剂修饰的核壳结构磁性纳米复合材料以Mn₃O₄纳米粒子为核、以介孔二氧化硅为壳，并在壳的表面修饰光敏剂Ce6，该纳米材料的粒径均一，粒径在60nm左右，分散性好，具有优良的生物相容性、T₁加权成像效果好，可应用于制备核磁共振造影剂。

2、所述光敏剂修饰的核壳结构磁性纳米复合材料的介孔二氧化硅可作为药物载体，能荷载姜黄素，使得不溶于水而很难进入细胞的姜黄素，可以很容易进入细胞，载药量大，载药量最大可达到1mg/mg，即每毫克的材料可以荷载1mg的姜黄素。

3、所述光敏剂修饰的核壳结构磁性纳米复合材料的表面修饰光敏剂分子Ce6，在632.8nm的激光激发下可以产生单线态氧，能有效杀死癌细胞，可用于光动力学治疗。

4、本发明的制备工艺简单、反应温和、绿色环保。

附图说明

图1是实施例1中制得的Mn₃O₄纳米粒子、表面包覆介孔二氧化硅的Mn₃O₄纳米材料（简称Mn₃O₄mSiO₂）和标准卡片的广角XRD对比图。

图2是实施例1中制得的Mn₃O₄mSiO₂的TEM图。

图3是实施例1中制得的Mn₃O₄mSiO₂的N₂吸脱附曲线。

图4是实施例1中制得的Mn₃O₄mSiO₂，Mn₃O₄mSiO₂-NH₂以及Mn₃O₄mSiO₂-Ce6的Zeta电位的变化图。

图5是实施例1中制得的Mn₃O₄mSiO₂-Ce6和Mn₃O₄mSiO₂的紫外吸收光谱对比图。

图6是实施例1中制得的Mn₃O₄mSiO₂-Ce6的荷载姜黄素前后的上清液紫外线吸收对比图。

图7是实施例1中制得的Mn₃O₄mSiO₂-Ce6的荷载姜黄素的药物浓度和载药量的关系图。

图8是实施例1中制得的Mn₃O₄mSiO₂-Ce6的单线态氧的检测对比图。

图9是实施例1中制得的Mn₃O₄mSiO₂-Ce6的T₁核磁成像图。

图10是HeLa细胞的光动力治疗效果对比图。

具体实施方式

下面结合实施例，对本发明作进一步说明：

实施例1

（1）在容量为10mL的聚四氟乙烯内村的反应釜中，加入9mL的油胺，取1mL的Mn(NO₃)₂水溶液（质量浓度为50%）逐滴加入油胺中，边滴加边搅拌，随后将反应釜密封置于200℃氛围中反应10h，冷却至室温后倒出上层液体，得到沉在反应釜底部的产物。用乙醇洗涤产物2～3次，制得油溶性Mn₃O₄纳米粒子并置于氯仿（CHCl₃）中保存。

（2）称取400mg的十六烷基三甲基溴化铵（CTAB），溶于20mL H₂O中，制得十六烷基三甲基溴化铵水溶液，将步骤（1）中的含有Mn₃O₄纳米粒子的CHCl₃溶液1mL（浓度为30mg/mL），滴加至十六烷基三甲基溴化铵水溶液中，搅拌2-3小时，然后加热至60℃，维持10分钟，蒸干CHCl₃，得到黄色透明溶液，即为水溶性Mn₃O₄纳米粒子溶液。

（3）在250mL三颈烧瓶中加入80mL水，再加入200μL2mol/L的NaOH溶液，搅拌均匀，加热至60℃；将步骤（2）中的水溶性Mn₃O₄纳米粒子溶液通过450nm的滤膜滴加到上述NaOH溶液中，将水溶性Mn₃O₄纳米粒子溶液的pH值调节至8-9；然后分别滴加0.8mL的正硅酸四乙酯、4.0mL的乙酸乙酯，10min后加0.2mL的3-氨基丙基-三乙氧基硅烷（APS），维持60℃，搅拌过夜。将其自然冷却至室温，通过离心洗涤数次，得到表面包覆有介孔二氧化硅的Mn₃O₄纳米材料，最后分散于20mL乙醇中，备用。

（4）称取30mg硝酸铵溶于50mL无水乙醇中，然后将步骤（3）中的乙醇分散液加入其中，加热至60℃，搅拌2h。自然冷却至室温，离心洗涤数次。重复2-3遍，更好地去除模板剂CTAB。

（5）称取38mg 1-乙基-(3-二甲基氨基丙基)碳酰二亚胺盐酸（EDC）、58mgN-羟基丁二酰亚胺（NHS）溶于10mL的二甲基亚砜（DMSO）中，然后加入3mg Ce6，半个小时后加入20mg步骤（4）中的纳米粒子（纳米粒子中的Mn₃O₄实际含量为5-6mg），避光反应12h。反应完成后，高速离心洗涤数次，转速为16000r/min。为了去除纳米材料表面吸附的物质，将产物密封在透析袋中，放在PBS溶液中透析72h即可。

通过图1和图2可以说明制备的纳米粒子为Mn₃O₄纳米粒子。从图1中可以看出制备的油溶性Mn₃O₄纳米粒子的XRD与标准卡片相吻合。表面包覆二氧化硅的Mn₃O₄纳米材料（简称Mn₃O₄mSiO₂）的XRD图有无定形二氧化硅的峰出现。

从图2可以看到，合成的Mn₃O₄mSiO₂纳米材料的粒径均匀，以Mn₃O₄为核，该核的尺寸是15±2nm，介孔氧化硅壳的厚度是20nm左右。

从图3可以看出Mn₃O₄mSiO₂纳米材料所测得N₂吸脱附曲线，其比表面积是467.5m²/g，孔径的大小为2.5nm。

从图4可以看到表面包覆二氧化硅的Mn₃O₄纳米材料（Mn₃O₄mSiO₂），氨基功能化的表面包覆二氧化硅的Mn₃O₄纳米材料（简称Mn₃O₄mSiO₂-NH₂）以及介孔二氧化硅表面连接有光敏剂Ce6的Mn₃O₄纳米材料（简称Mn₃O₄mSiO₂-Ce6）的Zeta电位的变化从-20mV、31mV、-35mV的变化，反映了纳米粒子表面基团的变化；图5是Mn₃O₄mSiO₂-Ce6和Mn₃O₄mSiO₂的紫外吸收光谱对比图，从图中可看出，接入Ce6后，紫外吸收强度显著增加。

实施例2

分别称取5mg实施例1中制得的光敏剂修饰的核壳结构磁性纳米复合材料，加入到浓度依次为50-2000μg/mL的姜黄素溶液中，搅拌24小时进行药物的装载，反应后用PBS洗涤离心，密封保存。

从图6中可看出，载完后的上清液的紫外吸收强度比载药前的上清液的紫外线吸收强度变小，说明药物被装载于材料中，从图7中可以看出，载药量最大可达到1mg/mg，每毫克的材料可以荷载1mg的姜黄素。

实施例3

将20μmol/L的9,10二甲基蒽（DMA），加入200μL的实施例1中制得的光敏剂修饰的核壳结构磁性纳米复合材料中，即Mn₃O₄mSiO₂-Ce6纳米材料，在632.8nm激光照射，每10min检测一次荧光，荧光激发波长是360nm，发射波长是380-550nm，循环检测1h，检测单线态氧。

从图8可以看出DMA的荧光强度下降趋势呈现规律性变化，说明Ce6在632.8nm激发下可以产生单线态氧。

实施例4

将实施例1中制得的复合纳米材料配置成10组不同浓度的Mn₃O₄mSiO₂-Ce6溶液，在0.5T的核磁共振仪检测，结果如图9所示，得到T₁弛豫值为0.93mM^-1s^-1，通过ICP测得Mn的含量是0.0990-1.3095mmol/L。

实施例5

为了检测实施例1中制得的复合纳米材料的细胞治疗效果，对HeLa细胞的实验分为：空白组、空白组+激光25分钟、Mn₃O₄mSiO₂-Ce6组、Mn₃O₄mSiO₂-Ce6+激光15分钟、Mn₃O₄mSiO₂-Ce6+姜黄素、Mn₃O₄mSiO₂-Ce6+姜黄素+激光15分钟、Mn₃O₄mSiO₂-Ce6+姜黄素+激光25分钟，实验中的激光为632.8nm的激光，结果发现细胞存活率依次为101%，98.5%，98%，70%，60%，35%，说明：光动力治疗中，复合纳米材料在激光的作用下，产生的单线态氧能够有效的杀死HeLa细胞，同时姜黄素作为一种抗癌药物，二者的协同作用能够更加有效地对癌细胞有治疗作用。

Claims

1.一种光敏剂修饰的核壳结构磁性纳米复合材料，其特征在于：所述复合材料以Mn₃O₄纳米粒子为核，核的粒径为13-17nm，以介孔二氧化硅为壳，壳的厚度为18-22nm，并在壳的表面修饰光敏剂Ce6。

2.权利要求1所述的光敏剂修饰的核壳结构磁性纳米复合材料的制备方法，其步骤包括：

（1）在油胺中滴加Mn(NO₃)₂溶液，边滴加边搅拌，然后在150℃-250℃条件下保持8-13小时，冷却、取沉淀物并洗涤，得到油溶性Mn₃O₄纳米粒子，并保存在有机溶剂中；

（2）将步骤（1）中的油溶性Mn₃O₄纳米粒子滴加入十六烷基三甲基溴化铵水溶液中，搅拌2-3小时，加热至50℃-70℃，保持5-15分钟，蒸干有机溶剂；

（3）将步骤（2）中的含有水溶性Mn₃O₄纳米粒子的溶液在50-70℃条件下，pH值调节至8-9，分别加入正硅酸四乙酯和乙酸乙酯，然后再加入3-氨基丙基-三乙氧基硅烷，保持反应液温度至50℃-70℃，搅拌10-24小时，冷却、洗涤，分散于乙醇中，得到表面包覆有介孔二氧化硅的Mn₃O₄纳米粒子的乙醇分散液；

（5）将1-乙基-(3-二甲基氨基丙基)碳酰二亚胺盐酸、N-羟基丁二酰亚胺溶于二甲基亚砜中，加入Ce6，0.5-1小时后再加入步骤（4）中的纳米粒子，避光反应10-24小时，离心洗涤即可。

3.根据权利要求2所述的光敏剂修饰的核壳结构磁性纳米复合材料的制备方法，其特征在于：所述步骤（1）中，油胺和Mn元素的用量比为1mL:0.1-0.6mmol。

4.根据权利要求2所述的光敏剂修饰的核壳结构磁性纳米复合材料的制备方法，其特征在于：所述步骤（2）中，Mn₃O₄与十六烷基三甲基溴化铵的加入配比为1mmol：2-4g。

5.根据权利要求2所述的光敏剂修饰的核壳结构磁性纳米复合材料的制备方法，其特征在于：所述步骤（3）中，Mn₃O₄、正硅酸四乙酯、乙酸乙酯及3-氨基丙基-三乙氧基硅烷的加入配比为1mmol：4-8mL：25-40mL：0.5-3mL；Mn₃O₄与乙醇的用量比为1mmol：120-170mL。

6.根据权利要求2所述的光敏剂修饰的核壳结构磁性纳米复合材料的制备方法，其特征在于：所述步骤（4）中，Mn₃O₄和硝酸铵的用量比为1mmol：200-250mg；所述含有硝酸铵的乙醇溶液中，硝酸铵与乙醇的用量比为0.3-0.8mg/mL。

7.根据权利要求2所述的光敏剂修饰的核壳结构磁性纳米复合材料的制备方法，其特征在于：所述步骤（5）中，1-乙基-(3-二甲基氨基丙基)碳酰二亚胺盐酸、N-羟基丁二酰亚胺、Ce6与二甲基亚砜的用量比为1mg：0.5-3mg：0.01-0.2mg：0.1-0.5mL；Ce6与Mn₃O₄的加入配比为1mg：0.003-0.03mol。

8.权利要求1所述的光敏剂修饰的核壳结构磁性纳米复合材料在制备核磁共振造影剂中的应用。

9.权利要求1所述的光敏剂修饰的核壳结构磁性纳米复合材料在药物载体中的应用。

10.权利要求1所述的光敏剂修饰的核壳结构磁性纳米复合材料在制备光动力疗法治疗肿瘤中的光敏剂中的应用。