CN104623657B - 一种应用于光动力治疗的纳米复合材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供的是一种应用于光动力治疗的纳米复合材料及其制备方法。(1)该稀土上转换材料是可将近红外光有效传递给光敏药物分子的高质量纳米粒子；(2)介孔SiO2的厚度可根据UCNPs的浓度、十六烷基三甲基溴化铵和正硅酸乙酯的量、反应温度和时间等条件来控制；(3)采用Au25修饰UCNPs@SiO2制得纳米颗粒，使该纳米颗粒的光动力性能有了显著提高。本发明制备了一类均匀、单分散、尺寸可控(50‑100nm)、介孔SiO2包覆上转换纳米颗粒核壳结构的纳米载体,并且通过适当的吸附方法将光敏剂药物分子Au25(Capt)18 ‑(Au25)连接到介孔SiO2骨架中构筑多功能的复合材料，而这种材料正可以解决光动力治疗(PDT)现在存在的问题。
Description
技术领域
本发明涉及的是一种纳米复合材料，本发明也涉及一种纳米复合材料的制备方法。具体地说涉及一种应用于光动力治疗的纳米复合材料及其制备方法。
背景技术
光动力治疗(PDT)是以光、光敏剂和氧的相互作用为基础进行疾病的诊断和治疗的一种新技术，其基本原理是在特定波长及强度的光照下，光敏剂分子被激发至激发态并将其能量传递至周围的氧分子，从而产生单线态氧(1O2)或自由基等反应活性氧物质(ROS)，并由此造成组织器官损伤破坏目标组织进而达到治疗的目的。与传统的癌症治疗手段包括手术、化学治疗和放射治疗相比，光动力治疗(PDT)具有创伤小、毒性低、选择性好、精度高、可重复治疗和可协同手术等显著优势。
目前光动力治疗(PDT)所存在的主要问题，一是绝大多数光敏剂是疏水性的，在生理环境中溶解性较差，因此容易发生严重团聚，这样会降低其光敏化效率，从而限制它们在光动力治疗(PDT)的应用；二是治疗时需要用紫外-可见光照射组织部位以激发光敏剂分子，而紫外-可见光对组织的穿透深度有限，只能用于很浅的表皮层和光子能够到达的部位的治疗。中国知网CNKI中南大学博士论文题为空心硅纳米粒子光敏剂在光动力治疗胆管癌中的作用及机制一文中，介绍了一步湿化学方法制备出负载的空心氧化硅纳米粒子，实现了光敏剂的纳米化，但是容易发生严重团聚，这样会降低其光敏化效率，限制它们在光动力治疗的应用。
发明内容
本发明的主要目的之一是提供具有均匀、单分散、尺寸可控的一种应用于光动力治疗的纳米复合材料；本发明的主要目的之二是提供一种应用于光动力治疗的纳米复合材料的制备方法。
本发明制备的一种应用于光动力治疗的纳米复合材料的化学表达式为：
NaGdF4:20％Yb/1％Er@NaGdF4:10％Yb@NaNdF4:10％Yb@SiO2-Au25(Capt)18 -。
NaGdF4:20％Yb/1％Er表示所合成的NaGdF4中含有物质的量分数为20％的Yb元素并且含有物质的量分数为1％的Er元素；@表示包覆的意思；-Au25(Capt)18 -表示用Au25(Capt)18 -来修饰。
本发明的应用于光动力治疗的纳米复合材料的制备方法为：
(1)将油酸盐、氟化钠、十八烯和油酸的混合物在抽真空、搅拌的状态下加热到100～120℃，待不再有气泡，通氮气反应0.5～1h，再升温至300～320℃，反应1～1.5h，自然冷却降至室温；
(2)将形成透明液体的三氟乙酸盐前驱体、油酸和十八烯的混合物步骤(1)得到的物质中，升温至310～320℃，反应1～1.5h后自然冷却至室温；
(3)将步骤(2)得到的物质与十六烷基三甲基溴化铵和水混合，搅拌至透明、澄清溶液，加入乙醇和的氢氧化钠溶液，升温至70～75℃，滴入正硅酸乙酯，反应10～15min，反复洗涤后的产物保存于超纯水中得到核壳结构纳米颗粒液体；
(4)取物质的量比为1:1的四正辛基溴化铵和氟金酸，溶于甲醇中，搅拌10～20min，加入溶有物质的量与氟金酸相等的卡托普利的甲醇溶液，继续搅拌10～30min；再加入硼氢化钠，搅拌8h，离心收集上清液，用甲醇萃取，真空干燥后的固体溶于水中得到Au25的水溶液；
(5)向核壳结构纳米颗粒液体中，加入含有Au25的水溶液，常温搅拌8～10h，反复洗涤后得到NaGdF4:20％Yb/1％Er@NaGdF4:10％Yb@NaNdF4:10％Yb@SiO2-Au25(Capt)18 -。
本发明的应用于光动力治疗的纳米复合材料的制备方法还可以包括：
1、所述油酸盐是物质的量比为79：20：1的油酸钆、油酸镱、油酸铒；氟化钠与油酸钆的物质的量相等。
2、所述三氟乙酸盐前驱体是物质的量比为9：1的三氟乙酸钆、三氟乙酸镱，和与三氟乙酸钆等物质的量的氟化钠。
3、步骤(2)连续重复进行两次以上。每次的三氟乙酸盐前驱体可以相同也可以不相同。每次的三氟乙酸盐前驱体不相同时，第一次的三氟乙酸盐前驱体是物质的量比为9：1的三氟乙酸钆、三氟乙酸镱，和与三氟乙酸钆等物质的量的氟化钠；第二次的三氟乙酸盐前驱体是物质的量比为9：1的三氟乙酸钕、三氟乙酸镱，和与三氟乙酸钕等物质的量的氟化钠；第三次及其以后的三氟乙酸盐前驱体与对一次或第二次相同。
本发明具有的有益之处在于：
本发明制备了一类均匀、单分散、尺寸可控(50-100nm)、介孔SiO2包覆上转换纳米颗粒(UCNPs)核壳结构的纳米载体,并且通过适当的吸附方法将光敏剂药物分子Au25(Capt)18 -(Au25)连接到介孔SiO2骨架中构筑多功能的复合材料，而这种材料正可以解决光动力治疗(PDT)现在存在的问题。在UCNPs表面包覆一层可调厚度的介孔SiO2。通过UCNPs的浓度、十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)和正硅酸乙酯(TEOS)的量、反应温度和时间等条件的优化对材料的尺寸和均一性进行调控。以十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)作为相转移试剂和造孔剂，通过反应条件的优化得到均匀、单分散、尺寸可控(50-100nm)的UCNPs@SiO2纳米载体。将Au25修饰在介孔SiO2表面，提高了纳米复合材料的光动力效果。该稀土上转换材料是可将近红外光有效传递给光敏药物分子的高质量纳米粒子。
附图说明
图1为核壳结构UCNPs纳米颗粒的TEM图；
图2为UCNPs@SiO2纳米颗粒的TEM图；
图3为UCNPs@SiO2纳米颗粒修饰Au25后的EDS图；
图4A为980nm激光激发的UCNPs@SiO2、UCNPs@SiO2-Au25光谱测试图；
图4B为0.5W/cm2发射功率、808nm激光激发下UCNPs@SiO2-Au25的吸收光谱图；
图4C为808nm激光激发的UCNPs@SiO2、UCNPs@SiO2-Au25光谱测试图；
图4D为在0.5W/cm2发射功率、808nm激光和0.5W/cm2发射功率、980nm激光激发下UCNPs@SiO2-Au25的吸收光谱图；
图4E为UCNPs@SiO2、UCNPs@SiO2-Au25的衰减曲线对照图；
图4F为在0.5W/cm2发射功率、808nm激光激发下UCNPs@SiO2-Au25、Au25(Capt)18-的吸收光谱对照图。
具体实施方式
为了更好的理解本发明，下面通过实施例对本发明进行更详细的说明。
实施例1：
(1)采用高温热解法制备NaGdF4:20％Yb/1％Er(UCNPs)：称取0.4378g油酸钆、0.1124g油酸镱、0.0051g油酸铒和0.1050g氟化钠置于容器中，加入7.5ml十八烯和7.5ml油酸，在搅拌、抽真空状态下加热至110℃，待不再有气泡产生，关闭真空装置，通氮气保持0.5h；然后升温至300℃，通氮气并磁力搅拌1.5h，随后自然冷却降至室温；所制备的纳米颗粒经洗涤后保存在环己烷液体中；
(2)核壳结构纳米颗粒的合成：采用连续包覆法制备UCNPs，取步骤(1)中的环己烷液体、5ml油酸、5ml十八烯于容器中，在搅拌、抽真空的状态下升温至120℃，待不再有气泡产生，关闭真空装置，通氮气保持1h，加热至310℃。同时称取0.10875g三氟乙酸钆(Gd(CF3COO)3)、0.0128g三氟乙酸镱(Yb(CF3COO)3)、0.0340g氟化钠(CF3COONa)于2ml的小瓶中，再加入0.375ml油酸和0.375ml十八烯，密闭小瓶。将其置于恒温加热磁力搅拌器上搅拌，直至固体溶解，形成透明液体。然后用针管抽取得到的透明液体，将其注入到刚升温至310℃的容器中。在310℃，磁力搅拌，氮气保护下保持1h后自然冷却降至室温，生成NaGdF4:20％Yb/1％Er@NaGdF4:10％Yb样品。将称取物变为0.2175g三氟乙酸钕(Nd(CF3COO)3)、0.0256g三氟乙酸镱(Yb(CF3COO)3)、0.0680g氟化钠(CF3COONa)于2ml的小瓶中，再加入0.375ml油酸和0.375ml十八烯，密闭小瓶。将其置于恒温加热磁力搅拌器上搅拌，直至固体溶解，形成透明液体。然后用针管抽取得到的透明液体，将其注入到刚升温至310℃的容器中。在310℃，磁力搅拌，氮气保护下保持1h后自然冷却降至室温，重复上述操作，洗涤后将得到的NaGdF4:20％Yb/1％Er@NaGdF4:10％Yb@NaNdF4:10％Yb纳米颗粒保存在环己烷中；
(3)核壳结构的UCNPs@SiO2纳米材料的合成：取上述NaGdF4:20％Yb/1％Er@NaGdF4:10％Yb@NaNdF4:10％Yb的环己溶液2ml、0.1g CTAB、20ml水于容器中，常温搅拌至透明、澄清溶液，然后称取10ml于三口烧瓶中，再加入20ml水、3ml乙醇、150ul(2mol/l)氢氧化钠溶液，加热至70℃。待70℃稳定，逐滴加入200ul正硅酸乙酯(TEOS)，反应进行10min，离心，用乙醇清洗三次。
(4)Au25的合成：取126.8mg四正辛基溴化铵、78.7mg氟金酸(HAuCl4·3H2O)和10ml甲醇于容器中，快速搅拌20min，将5ml溶有217.2mg卡托普利的甲醇溶液快速注入容器中，继续搅拌30min；取75.6mg硼氢化钠(NaBH4)溶于冰水中，并快速加入上述容器中，搅拌8h；离心，收集上清液，除去不溶解的Au(I)聚合物；用旋转蒸发法提纯，加乙醇得到沉淀，用少量的甲醇萃取3次，经真空干燥后得到Au25样品；
(5)UCNPs@SiO2纳米颗粒修饰Au25：取10ml制得的UCNPs@SiO2液体于烧杯中，加入Au25，常温搅拌8h，反复洗涤后得到样品。
说明书附图3为UCNPs@SiO2纳米颗粒修饰Au25后的EDS mapping图，从图中我们可以看出Au、F、Gd、Yb、Nd元素的分布情况。
实施例2：
(1)采用高温热解法制备NaGdF4:20％Yb/1％Er(UCNPs)：称取0.4378g油酸钆、0.1124g油酸镱、0.0051g油酸铒和0.1050g氟化钠置于容器中，加入7.5ml十八烯和7.5ml油酸，在搅拌、抽真空状态下加热至100℃，待不再有气泡产生，关闭真空装置，通氮气保持1h；然后升温至310℃，通氮气并磁力搅拌1h，随后自然冷却降至室温；所制备的纳米颗粒经洗涤后保存在环己烷液体中；
(2)核壳结构纳米颗粒的合成：采用连续包覆法制备UCNPs取步骤(1)中的环己烷液体、5ml油酸、5ml十八烯于容器中，在搅拌、抽真空的状态下升温至110℃，待不再有气泡产生，关闭真空装置，通氮气保持0.5h，加热至320℃。同时称取0.10875g三氟乙酸钆(Gd(CF3COO)3)、0.0128g三氟乙酸镱(Yb(CF3COO)3)、0.0340g氟化钠(CF3COONa)于2ml的小瓶中，再加入0.375ml油酸和0.375ml十八烯，密闭小瓶。将其置于恒温加热磁力搅拌器上搅拌，直至固体溶解，形成透明液体。然后用针管抽取得到的透明液体，将其注入到刚升温至320℃的容器中。在320℃，磁力搅拌，氮气保护下保持1.5h后自然冷却降至室温，生成NaGdF4:20％Yb/1％Er@NaGdF4:10％Yb样品。将称取物变为0.2175g三氟乙酸钕(Nd(CF3COO)3)、0.0256g三氟乙酸镱(Yb(CF3COO)3)、0.0680g氟化钠(CF3COONa)，重复上述操作，洗涤后将得到的NaGdF4:20％Yb/1％Er@NaGdF4:10％Yb@NaNdF4:10％Yb纳米颗粒保存在环己烷中；
(3)核壳结构的UCNPs@SiO2纳米材料的合成：取上述NaGdF4:20％Yb/1％Er@NaGdF4:10％Yb@NaNdF4:10％Yb的环己溶液2ml、0.1g CTAB、20ml水于容器中，常温搅拌至透明、澄清溶液，然后称取10ml于三口烧瓶中，再加入20ml水、3ml乙醇、150ul(2mol/l)氢氧化钠溶液，加热至75℃。待75℃稳定，逐滴加入200ul正硅酸乙酯(TEOS)，反应进行15min，离心，用乙醇清洗三次。
(4)Au25的合成：取126.8mg四正辛基溴化铵、78.7mg氟金酸(HAuCl4·3H2O)和10ml甲醇于容器中，快速搅拌20min，将5ml溶有217.2mg卡托普利的甲醇溶液快速注入容器中，继续搅拌30min；取75.6mg硼氢化钠(NaBH4)溶于冰水中，并快速加入上述容器中，搅拌8h；离心，收集上清液，除去不溶解的Au(I)聚合物；用旋转蒸发法提纯，加乙醇得到沉淀，用少量的甲醇萃取3次，经真空干燥后得到Au25样品；
(5)UCNPs@SiO2纳米颗粒修饰Au25：取10ml制得的UCNPs@SiO2液体于烧杯中，加入Au25，常温搅拌10h，反复洗涤后得到样品。
实施例3：
(1)采用高温热解法制备NaGdF4:20％Yb/1％Er(UCNPs)：称取0.4378g油酸钆、0.1124g油酸镱、0.0051g油酸铒和0.1050g氟化钠置于容器中，加入7.5ml十八烯和7.5ml油酸，在搅拌、抽真空状态下加热至105℃，待不再有气泡产生，关闭真空装置，通氮气保持1h；然后升温至305℃，通氮气并磁力搅拌1.5h，随后自然冷却降至室温；所制备的纳米颗粒经洗涤后保存在环己烷液体中；
(2)核壳结构纳米颗粒的合成：采用连续包覆法制备UCNPs取步骤(1)中的环己烷液体、5ml油酸、5ml十八烯于容器中，在搅拌、抽真空的状态下升温至115℃，待不再有气泡产生，关闭真空装置，通氮气保持1h，加热至315℃。同时称取0.10875g三氟乙酸钆
(Gd(CF3COO)3)、0.0128g三氟乙酸镱(Yb(CF3COO)3)、0.0340g氟化钠(CF3COONa)于2ml的小瓶中，再加入0.375ml油酸和0.375ml十八烯，密闭小瓶。将其置于恒温加热磁力搅拌器上搅拌，直至固体溶解，形成透明液体。然后用针管抽取得到的透明液体，将其注入到刚升温至315℃的容器中。在315℃，磁力搅拌，氮气保护下保持1h后自然冷却降至室温，生成NaGdF4:20％Yb/1％Er@NaGdF4:10％Yb样品。将称取物变为0.2175g三氟乙酸钕(Nd(CF3COO)3)、0.0256g三氟乙酸镱(Yb(CF3COO)3)、0.0680g氟化钠(CF3COONa)，重复上述操作，洗涤后将得到的NaGdF4:20％Yb/1％Er@NaGdF4:10％Yb@NaNdF4:10％Yb纳米颗粒保存在环己烷中；
(3)核壳结构的UCNPs@SiO2纳米材料的合成：取上述NaGdF4:20％Yb/1％Er@NaGdF4:10％Yb@NaNdF4:10％Yb的环己溶液2ml、0.1g CTAB、20ml水于容器中，常温搅拌至透明、澄清溶液，然后称取10ml于三口烧瓶中，再加入20ml水、3ml乙醇、150ul(2mol/l)氢氧化钠溶液，加热至70℃。待70℃稳定，逐滴加入200ul正硅酸乙酯(TEOS)，反应进行15min，离心，用乙醇清洗三次。
(4)Au25的合成：取126.8mg四正辛基溴化铵、78.7mg氟金酸(HAuCl4·3H2O)和10ml甲醇于容器中，快速搅拌20min，将5ml溶有217.2mg卡托普利的甲醇溶液快速注入容器中，继续搅拌30min；取75.6mg硼氢化钠(NaBH4)溶于冰水中，并快速加入上述容器中，搅拌8h；离心，收集上清液，除去不溶解的Au(I)聚合物；用旋转蒸发法提纯，加乙醇得到沉淀，用少量的甲醇萃取3次，经真空干燥后得到Au25样品；
(5)UCNPs@SiO2纳米颗粒修饰Au25：取10ml制得的UCNPs@SiO2液体于烧杯中，加入Au25，常温搅拌9h，反复洗涤后得到样品。
Claims (4)
1.一种应用于光动力治疗的纳米复合材料，其特征是具有如下结构：
NaGdF4:20％Yb/1％Er@NaGdF4:10％Yb@NaNdF4:10％Yb@SiO2-Au25(Capt)18 -。
2.一种应用于光动力治疗的纳米复合材料的制备方法，其特征是：
(1)将油酸盐、氟化钠、十八烯和油酸的混合物在抽真空、搅拌的状态下加热到100～120℃，待不再有气泡，通氮气反应0.5～1h，再升温至300～320℃，反应1～1.5h，自然冷却降至室温；
(2)将形成透明液体的三氟乙酸盐前驱体、油酸和十八烯的混合物加入到步骤(1)得到的物质中，升温至310～320℃，反应1～1.5h后自然冷却至室温；
(3)将步骤(2)得到的物质与十六烷基三甲基溴化铵和水混合，搅拌至透明、澄清溶液，加入乙醇和的氢氧化钠溶液，升温至70～75℃，滴入正硅酸乙酯，反应10～15min，反复洗涤后的产物保存于超纯水中得到核壳结构纳米颗粒液体；
(4)取物质的量比为1:1的四正辛基溴化铵和氯金酸，溶于甲醇中，搅拌10～20min，加入氯金酸物质的量4-5倍的卡托普利，继续搅拌10～30min；再加入硼氢化钠，搅拌8h，离心收集上清液，用甲醇萃取，真空干燥后的固体溶于水中得到Au25的水溶液；
(5)向核壳结构纳米颗粒液体中，加入含有Au25的水溶液，常温搅拌8～10h，反复洗涤后得到NaGdF4:20％Yb/1％Er@NaGdF4:10％Yb@NaNdF4:10％Yb@SiO2-Au25(Capt)18 -。
3.根据权利要求2所述的一种应用于光动力治疗的纳米复合材料的制备方法，其特征是：所述油酸盐是物质的量比为79：20：1的油酸钆、油酸镱、油酸铒；氟化钠与油酸钆的物质的量相等。
4.根据权利要求2或3所述的应用于光动力治疗的纳米复合材料的制备方法，其特征是：步骤(2)连续重复进行两次。
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