CN103861103A - 一种上转换纳米粒子与金纳米棒复合的纳米粒子及其制备方法和应用 - Google Patents
一种上转换纳米粒子与金纳米棒复合的纳米粒子及其制备方法和应用 Download PDFInfo
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Abstract
本发明提供一种上转换纳米粒子与金纳米棒复合的纳米粒子及其制备方法和应用，属于纳米生物医学领域。该方法将上转换核壳纳米粒子与光敏剂反应，再与SiO2包覆的金纳米棒进行偶联反应，得到上转换纳米粒子与金纳米棒复合的纳米粒子；所述的SiO2包覆的金纳米棒壳层厚度为30-60nm。该方法利用在上转换纳米粒子表面共价或吸附光敏剂，提高能量传递效率，从而提高单线态氧产率，提高光动力治疗效果；同时调控金纳米棒与上转换纳米粒子的作用距离，避免其对上转换荧光猝灭现象。本发明将上转换与光敏剂的光动力治疗与SiO2包覆的金纳米棒的光热效果相结合，进行协同治疗纳米平台的制备，一种激发光源达到两种治疗手段的目的。
Description
技术领域
本发明属于纳米生物医学领域，具体涉及一种上转换纳米粒子与金纳米棒复合的纳米粒子及其制备方法和应用。
背景技术
目前，对于肿瘤的治疗采用单一治疗手段，其效果不明显。任何一种治疗手段均有其优缺点，因而均很难根除肿瘤。因此多种手段协同治疗将是肿瘤治疗的发展趋势。然而，现阶段协同疗法主要集中在放、化疗同时进行，侵入性副作用大。光动力治疗和光热治疗是近年来问世并快速发展起来治疗方法，在多种疾病治疗中疗效确切，特别是导致人类死亡中重要恶性肿瘤，在国内外已经获得政府相关部门的正式批准，成为恶性肿瘤治疗的常规手段，并在国际上获得公认和广泛应用。并且这两种疗法是完全不同于手术、放疗、化疗和免疫治疗之后的崭新疗法，现已成为肿瘤科学、纳米医学领域中非常活跃的研究领域。虽然，已公开了多种光动力治疗或光热治疗的纳米平台的构建，对于二者协同治疗报道较少，（生物材料，Biomaterials34(2013)7715e7724）报道了协同治疗的纳米平台，但是其需要多个激发光源去实施两者的治疗作用。所以如何构建单一波长，同时双重作用的复合纳米平台尤为关键，已报道的肿瘤的光动力治疗研究集中在光敏剂的选取和装载方法上，通常选取脂质体、聚合物、胶束介孔二氧化硅等，但是这些装载方法，使得能量传递并不有效，往往得到较低的单线态氧产率。
同时光热治疗，利用贵金属纳米粒子高效转换吸收光能的特性使其能进行局部加热使蛋白变性,用于癌症的选择性光热疗法,大分子转染和细菌检测等领域。针对目前近红外光热治疗癌症技术中照射时间长，照射强度大，需重复多次照射等问题，通过改变长径比使金纳米棒具有可调的等离子吸收特性并在近红外组织窗口具有较高光热转换能力。尽管功能化的金纳米棒已经用于体内外的治疗并获得了很好的效果，但是更理想的效果可以通过靶向修饰或是多种治疗手段相结合的方式，达到对肿瘤的治疗作用，提高病人的预后。
发明内容
本发明的目的是为了解决现有的采用光动力与光热治疗采用多个激发波长的缺陷，而提供一种上转换纳米粒子与金纳米棒复合的纳米粒子及其制备方法和应用。
本发明首先提供一种上转换纳米粒子与金纳米棒复合的纳米粒子的制备方法，包括：
将上转换核壳纳米粒子与光敏剂反应，再与SiO2包覆的金纳米棒进行偶联反应，得到上转换纳米粒子与金纳米棒复合的纳米粒子；
所述的SiO2包覆的金纳米棒壳层厚度为30-60nm。
优选的是，所述的上转换核壳纳米粒子是以NaYF4、BaYF5、KaYF4、NaGdF4为基质，掺杂稀土离子Yb或Er，包活性壳Nd或Yb。
优选的是，所述的上转换核壳纳米粒子为NaYF4:NdYbNaYF4:Yb,Er纳米粒子。
优选的是，所述的光敏剂为锌酞菁、富勒烯、玫瑰红、亚甲蓝或二氢卟酚。
本发明还提供上述方法制备得到的上转换纳米粒子与金纳米棒复合的纳米粒子。
本发明还提供一种上转换纳米粒子与金纳米棒复合的纳米粒子作为药物在抑制肿瘤上的应用。
优选的是，所述的应用，将上转换纳米粒子与金纳米棒复合的纳米粒子在波长范围为700-2000nm的激光照射条件下进行。
优选的是，所述的应用，将上转换纳米粒子与金纳米棒复合的纳米粒子在波长为780nm、808nm、850nm、915nm或980nm的激光照射条件下进行。
优选的是，所述的应用，将上转换纳米粒子与金纳米棒复合的纳米粒子在波长为808nm的激光照射条件下进行。
优选的是，所述的应用，将上转换纳米粒子与金纳米棒复合的纳米粒子用助剂分散后通过静脉注射或瘤内直接注射方式作用于肿瘤部位。
本发明的有益效果
本发明一种上转换纳米粒子与金纳米棒复合的纳米粒子的制备方法，利用在上转换纳米粒子表面共价或吸附光敏剂，提高能量传递效率，从而提高单线态氧产率，提高光动力治疗效果；同时调控金纳米棒与上转换纳米粒子的作用距离，避免其对上转换荧光猝灭现象。本发明将上转换与光敏剂的光动力治疗与SiO2包覆的金纳米棒的光热效果相结合，进行协同治疗纳米平台的制备，一种激发光源达到两种治疗手段的目的。
本发明的上转换纳米粒子与金纳米棒复合的纳米粒子在短时间的照射条件下，可以达到显著的治疗效果，并对正常组织无明显影响，相对传统单一模式的手术、放、化疗治疗方法，疗效显著副作用小，因此对于临床治疗方面有着广阔的治疗前景。这种制剂结合光动力治疗与光热治疗双重疗法对肿瘤进行杀伤作用。同时还可以修饰靶分子应用于靶向荧光成像与靶向治疗。实验结果表明：将本发明的上转换纳米粒子与金纳米棒复合的纳米粒子用助剂分散后通过静脉注射或瘤内直接注射方式作用于肿瘤部位，用近红外光照射1-15分钟，功率为0.25-2.5W/cm2。
附图说明
图1为本发明实施例1制备的上转换纳米粒子和金纳米棒的电子显微镜照片；
图2为应用本发明实施例1制备的上转换纳米粒子与金纳米棒复合的纳米粒子治疗前后的对比图。
具体实施方式
本发明首先提供一种上转换纳米粒子与金纳米棒复合的纳米粒子的制备方法，包括：
将上转换核壳纳米粒子与光敏剂反应，再与SiO2包覆的金纳米棒进行偶联反应，得到上转换纳米粒子与金纳米棒复合的纳米粒子；所述的SiO2包覆的金纳米棒壳层厚度为30-60nm。
按照本发明，所述的对上转换核壳纳米粒子的制备方法为本领域常用的方法，没有特殊限制，具体制备方法可参考文献Monodisperse silica-coatedpolyvinylpyrrolidone/NaYF4nanocrystals with multicolor upconversion fluorescenceemission,Angew.Chem.Int.Ed,2006,45,7732-7735.和文献Synthesis ofhexagonal-phase core-shell NaYF4nanocrystals with tunable upconversionfluorescence,Langmuir,2008,24,12123-12125.
本发明所述的上转换核壳纳米粒子优选是以NaYF4、BaYF5、KaYF4、NaGdF4为基质，掺杂稀土离子Yb或Er，包活性壳Nd或Yb；更优选为NaYF4:NdYbNaYF4:Yb,Er纳米粒子。
按照本发明，将上转换核壳纳米粒子与光敏剂反应，是将上转换核壳纳米粒子经聚丙烯氨PAAm修饰，之后通过EDC化学偶联的方法将光敏剂连接到表面。具体方法为：将得到核壳的上转换纳米粒子溶解于盐酸中，调节pH=4,反应过夜，去除表面OA配体，离心后加入到PAAm溶液中，反应10-12小时，提纯得到PAAm修饰的水溶性上转换纳米粒子。将光敏剂与过量EDC进行活化20-30min，之后加入PAAm修饰的水溶性上转换纳米粒子上转换纳米粒子，搅拌反应10-12小时，离心去除多余的光敏剂，得到上转换核壳纳米粒子与光敏剂反应产物。
按照本发明，所述的光敏剂为单线态氧产率高且与上转换发射相匹配的光敏分子，优选为锌酞菁（ZnPC）、富勒烯、玫瑰红（RB）、亚甲蓝（MB）或二氢卟酚（Ce6）；更优选为ZnPC。
按照本发明，所述的SiO2包覆的金纳米棒的制备方法为本领域常用的方法，没有特殊限制(可参考文献Langmuir1996,12,4329-4335)，优选是先用种子生长法（可参考文献ACS Nano6(2012)2804–2817）制备得到金纳米棒，然后再将SiO2包覆在金纳米棒的表面。所述的SiO2包覆的金纳米棒壳层厚度为30-60nm。通过的SiO2包覆的金纳米棒的壳层厚度，避免其对于上转换荧光的猝灭效应，同时仍然保持了较高的光热转换效率。
按照本发明，将上转换核壳纳米粒子与光敏剂反应产物与SiO2包覆的金纳米棒进行偶联反应，是利用戊二醛法将上转换核壳纳米粒子与光敏剂反应产物表面的氨基与SiO2包覆的金纳米棒表面的氨基进行化学耦联，具体过程为：在硼酸盐缓冲溶液中，加入SiO2包覆的金纳米棒，加入过量的戊二醛，2-3h后分离提取，除去多余的戊二醛，然后再加入上转换核壳纳米粒子与光敏剂反应产物，继续反应9-12h，梯度离心除去多余的上转换纳米粒子，得到上转换纳米粒子与金纳米棒复合的纳米粒子。
本发明还提供上述方法制备得到的上转换纳米粒子与金纳米棒复合的纳米粒子。
本发明还提供一种上转换纳米粒子与金纳米棒复合的纳米粒子作为药物在抑制肿瘤上的应用，优选是将上转换纳米粒子与金纳米棒复合的纳米粒子在波长范围为700-2000nm的激光照射条件下进行，更优选在波长为780nm、808nm、850nm、915nm或980nm的激光照射条件下进行；最优选在波长为808nm的激光照射条件下进行。
本发明的上转换纳米粒子与金纳米棒复合的纳米粒子的应用优选用助剂分散后通过静脉注射或瘤内直接注射方式作用于肿瘤部位，用近红外光照射1-15分钟。
下面结合实施例对本发明的技术方案及效果作进一步描述。但是所使用的具体方法、配方和说明并不是对发明的限制。
实施例1
1、先采用高温热解法制备上转换NaYF4:Yb,Er纳米粒子（参考文献Monodisperse silica-coated polyvinylpyrrolidone/NaYF4nanocrystals withmulticolor upconversion fluorescence emission,Angew.Chem.Int.Ed,2006,45,7732-7735.）。首先，称取总量为多氯化钇YCl3·6H2O236.8mg、氯化镱YbCl3·6H2O77.5mg、氯化铒ErCl3·6H2O76.3mg，称好质量，放入50mL三口瓶中，加入4mL油酸和17mL1-十八(碳)烯。搅拌除氧半小时之后，加热升温，待各药品溶解后，停止加热，冷却至室温，加入溶有0.1gNaOH和0.1482gNH4F的甲醇溶液，之后升温到60℃，并保持30min。之后75℃保持45min。随后升温到300℃并保持1.5小时。待反应结束，用丙酮和乙醇分别离心，最后得到的上转换纳米粒子溶于环己烷中待用。
2、采用高温热解法制备核壳NaYF4:NdYbNaYF4:Yb,Er纳米粒子（参考文献Synthesis of hexagonal-phase core-shell NaYF4nanocrystals with tunableupconversion fluorescence,Langmuir,2008,24,12123-12125.）。具体实验步骤如下：分别取氯化钇YCl3·6H2O60.7mg氯化镱YbCl3·6H2O9.7mg氯化钕NdCl3·6H2O9.1mg，称好质量，放入50mL三口瓶中，加入3mL油酸和7.5mL1-十八(碳)烯。搅拌除氧半小时之后，加热升温，待各药品溶解后，停止加热，冷却至室温，加入溶有25mgNaOH和37mgNH4F的甲醇溶液，之后升温到60℃，并保持30min。之后加入1中的上转换纳米粒子80℃保持45min。随后升温到300℃并保持1.5小时。得到核壳的上转换纳米粒子。
3、将2中得到核壳的上转换纳米粒子10mg溶于4mL盐酸中，调节pH=4,反应过夜，去除表面OA配体，离心后加入到50mg20wt%PAAm水溶液中，反应12小时，提纯得到PAAm修饰的水溶性上转换纳米粒子，将400μL(2mg/mL)光敏剂ZnPC与0.8mgEDC进行活化30min，之后加入PAAm修饰的水溶性上转换纳米粒子，搅拌反应12小时，离心去除多余的光敏剂，得到上转换核壳纳米粒子与光敏剂反应产物。
4、合成金纳米棒采用种子生长法合成（参考文献ACS Nano6(2012)2804–2817），0.2mol/L5mLCTAB,配制0.5mmol/L5mLHAuCl4溶液。搅拌加入0。01mol/L0.6mLNaBH4,继续搅拌2min。25℃保持2h。生长阶段取9.5mL0.1mol/LAgNO380μL0.0mol/LHAuCl40.5mL0.01mol/L抗坏血酸55μL再加入12μL的种子，静置24小时。离心得到金纳米棒。
5、壳层厚度为40nm的SiO2包覆的金纳米棒的制备方法（(可参考文献Langmuir1996,12,4329-4335)，取20mL的金棒溶液放入50mL烧杯中，滴加质量分数25%的氨水用pH试纸调整pH为10，然后加入4mL事先配制好的浓度为20mM/L的TEOS乙醇溶液1.2mL，然后剧烈搅拌反应24h。之后离心并用乙醇清洗三次。最后溶解在无水乙醇中，加入APTES在85℃下回流2个小时。之后离心纯化三次备用。
6、在2mL硼酸盐缓冲溶液中，加入10mgSiO2包覆的金纳米棒,加入200μL的戊二醛，2h后分离提纯，除去多余的戊二醛，然后再加入20mg上转换核壳纳米粒子与光敏剂反应产物，继续反应10h,梯度离心除去多余的上转换纳米粒子，得到上转换纳米粒子与金纳米棒复合的纳米粒子
图1为本发明实施例1制备的上转换纳米粒子和金纳米棒的电子显微镜照片，a图上转换纳米粒子为20nm，b图为金纳米棒长径比1：4。
将实施例1制备得到的上述纳米复合物溶于PBS溶液中，经生物膜过滤后，注入荷瘤小鼠体内，经808nm激光器，照射治疗，每次治疗5min。14天后，观察小鼠肿瘤变化情况，如图2所示，治疗前与治疗后对比a为对照组b为治疗组，c为对照组14天后，d为治疗组14天后，从图中可以看出，经过治疗后，治疗组肿瘤减小，对照组肿瘤变大明显。
用助剂分散后通过静脉注射或瘤内直接注射方式作用于肿瘤部位，用近红外光照射5min，功率为0.4W/cm2
以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。
Claims (10)
1.一种上转换纳米粒子与金纳米棒复合的纳米粒子的制备方法，其特征在于，包括：
将上转换核壳纳米粒子与光敏剂反应，再与SiO2包覆的金纳米棒进行偶联反应，得到上转换纳米粒子与金纳米棒复合的纳米粒子；
所述的SiO2包覆的金纳米棒壳层厚度为30-60nm。
2.根据权利要求1所述的一种上转换纳米粒子与金纳米棒复合的纳米粒子的制备方法，其特征在于，所述的上转换核壳纳米粒子是以NaYF4、BaYF5、KaYF4、NaGdF4为基质，掺杂稀土离子Yb或Er，包活性壳Nd或Yb。
3.根据权利要求2所述的一种上转换纳米粒子与金纳米棒复合的纳米粒子的制备方法，所述的上转换核壳纳米粒子为NaYF4:NdYbNaYF4:Yb,Er纳米粒子。
4.根据权利要求1所述的一种上转换纳米粒子与金纳米棒复合的纳米粒子的制备方法，所述的光敏剂为锌酞菁、富勒烯、玫瑰红、亚甲蓝或二氢卟酚。
5.权利要求1-4任何一项所述的制备方法得到的上转换纳米粒子与金纳米棒复合的纳米粒子。
6.权利要求5所述的一种上转换纳米粒子与金纳米棒复合的纳米粒子作为药物在抑制肿瘤上的应用。
7.根据权利要求6所述的一种上转换纳米粒子与金纳米棒复合的纳米粒子作为药物在抑制肿瘤上的应用，其特征在于，将上转换纳米粒子与金纳米棒复合的纳米粒子在波长范围为700-2000nm的激光照射条件下进行。
8.根据权利要求7所述的一种上转换纳米粒子与金纳米棒复合的纳米粒子作为药物在抑制肿瘤上的应用，其特征在于，将上转换纳米粒子与金纳米棒复合的纳米粒子在波长为780nm、808nm、850nm、915nm或980nm的激光照射条件下进行。
9.根据权利要求7所述的一种上转换纳米粒子与金纳米棒复合的纳米粒子作为药物在抑制肿瘤上的应用，其特征在于，将上转换纳米粒子与金纳米棒复合的纳米粒子在波长为808nm的激光照射条件下进行。
10.根据权利要求6所述的一种上转换纳米粒子与金纳米棒复合的纳米粒子作为药物在抑制肿瘤上的应用，其特征在于，将上转换纳米粒子与金纳米棒复合的纳米粒子用助剂分散后通过静脉注射或瘤内直接注射方式作用于肿瘤部位。
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