CN104623658B - 一种水溶性铁酸盐复合纳米粒子及其制备方法和应用 - Google Patents
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Abstract
本发明属于医学材料技术领域，特别涉及一种水溶性铁酸盐复合纳米粒子及其制备方法和在治疗恶心肿瘤疾病中的应用，该复合纳米粒子以(Zn0.4Co0.6)Fe2O4为核，以(Zn0.4Mn0.6)Fe2O4为壳，实现了软硬磁复合，磁学性质良好。在该立方体表面修饰有3‑(3,4‑二羟基苯基)丙酰肼，通过配体反应，在纳米粒子表面修饰聚乙二醇以及化疗药物阿霉素，制备了具有靶向磁热与化疗协同治疗的铁酸盐纳米复合粒子，其磁性稳定、磁热性能好，生物相容性好，具有药物释放功能，在癌症诊断与治疗上有广泛的应用，在医药和生物领域具有很好的应用前景。本发明的制备装置简单、原材料易得、价格低廉、操作简单、对环境无污染。
Description
技术领域
本发明属于医学材料技术领域，特别涉及一种水溶性铁酸盐复合纳米粒子及其制备方法和在治疗恶心肿瘤疾病中的应用。
背景技术
当前，癌症治疗的主要方法有手术、放疗以及化疗等手段。手术治疗成效大，但有复发的风险；放疗、化疗效果好，但毒副作用大。新型的治疗技术有光热治疗、光动力治疗、磁热疗、栓塞疗法、新型药物化疗和基因疗法等。其中磁热疗技术由于无创或微创，不存在组织穿透问题，越来越备受关注。
磁热治疗技术是利用磁热效应，以高温杀死病变组织细胞。即放置在高频交变磁场中的磁热材料，会产生大量的热，能迅速提高材料附近的温度，使病变细胞死亡。其特点有准确定位，杀死病变细胞或组织，而在众多的治疗技术中，磁热疗越来越备受关注。目前，主要的磁热材料都是铁基材料，如Fe2O3、Fe3O4和MnFe2O4纳米材料等。铁基材料随着组分、结构、形貌、粒径及表面修饰的不同，磁热性能差距很大，最高能达到4000W/g。虽然磁热材料的性能已经比较好，但对于生物应用还存在缺陷。如材料在生物体内的安全性、稳定性、治疗效果都还不足。
化学疗法是利用能治疗疾病，但不导致病人死亡的化学物质治疗某种疾病。已经实际采用了的传统化疗药物有阿霉素、紫杉醇、喜树碱和铂类等，在癌症治疗上取得了一定的成果。虽然效果很好，但是副作用很大，会使患者体质迅速下降，造成免疫力低下。另外还有耐药性及价格昂贵等问题。而化疗有效克服了这些问题。新型药物通过载体将化疗药物定点运输到病变组织，再控制缓慢释放，可以减小药物用量，从而大大降低毒副作用。
经过近几年的发展，报道有多模式治疗法。比如将光热疗和化疗结合，光热疗和光动力疗法结合、将光动力疗法和化疗结合、磁热疗和光热疗结合等。这些双模式的治疗，进一步提高了癌症治疗的效果。相对于单一治疗，多模式治疗集单一模式的优点于一身，甚至具有协同作用，其治疗效果较大提高了。例如将光热和化疗结合在一起，化学药物能降低癌细胞对热的耐受性，再施加光热，从而能高效杀死癌细胞。
发明内容
本发明的目的是提供一种水溶性铁酸盐复合纳米粒子，该复合纳米粒子以Zn0.4Co0.6)Fe2O4为核，以(Zn0.4Mn0.6)Fe2O4为壳的立方块形纳米复合材料，磁性稳定，良好的靶向磁热效果和生物相容性，并具有药物释放功能，可杀死癌细胞。
本发明的另一个目的是提供上述水溶性铁酸盐复合纳米粒子的制备方法，制备装置简单、原材料易得、价格低廉，环境无污染。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
一种水溶性铁酸盐复合纳米粒子，该复合纳米粒子以(Zn0.4Co0.6)Fe2O4为核，以(Zn0.4Mn0.6)Fe2O4为壳，并在壳的表面修饰有聚乙二醇和盐酸阿霉素的纳米粒子，该纳米粒子为立方体形状。
上述水溶性铁酸盐复合纳米粒子的制备方法，其步骤包括：
(1)在乙酰丙酮铁、乙酰丙酮锌、乙酰丙酮钴和1,2-十六烷二醇中加入油酸、油胺和苄醚，升温至180-210℃，保持1.5-2.5小时，然后升温至280-320℃，保持0.5-1.5小时，合成纳米种子，离心洗涤、干燥。
(2)将步骤(1)中的纳米种子、乙酰丙酮铁、乙酰丙酮锌、乙酰丙酮锰及1,2-十六烷二醇中加入油酸、油胺和苄醚，升温至180-210℃，保持0.5-1.5小时，然后升温至280-320℃，保持0.3-0.6小时，合成(Zn0.4Co0.6)Fe2O4@(Zn0.4Mn0.6)Fe2O4铁酸盐纳米粒子，离心洗涤，保存于正己烷中；
上述步骤中合成的纳米粒子以(Zn0.4Co0.6)Fe2O4为核，以(Zn0.4Mn0.6)Fe2O4为壳，而且形状为立方体。纳米粒子粒径均匀、分散性好。这种化学成分的纳米粒子本身就有非常好的磁热效果。此外正方块的形貌进一步增大了磁热效果。
(3)将聚乙二醇、6-(马来酰亚胺基)己酸琥珀酰亚胺酯、1-乙基-(3-二甲基氨基丙基)碳二亚胺盐酸盐中加入吡啶，反应0.5-1.5小时，然后加入3-(3,4-二羟基苯基)丙酰肼后反应7-9小时，最后加入步骤(2)中合成的铁酸盐纳米粒子反应11-13小时，离心洗涤，得到3-(3,4-二羟基苯基)丙酰肼修饰的铁酸盐纳米粒子，保存于水中。通过配体交换，实现3-(3,4-二羟基苯基)丙酰肼修饰在铁酸盐纳米粒子表面，同时聚乙二醇单羧酸通过酰胺反应连接到3-(3,4-二羟基苯基)丙酰肼末端，有利于增强纳米材料的生物相容性，并增大纳米材料在体内的循环时间，从而提高在肿瘤组织的富集量。
(4)取盐酸阿霉素，用水溶液，然后加入步骤(3)中的3-(3,4-二羟基苯基)丙酰肼修饰的铁酸盐纳米粒子超声混合，在28-33℃下反应45-50小时，透析、冷冻干燥即可。
所述步骤(1)中，乙酰丙酮铁、乙酰丙酮锌、乙酰丙酮钴和1,2-十六烷二醇的重量比为6-7:1:1-2:20-30。
所述步骤(1)中，乙酰丙酮铁和油酸、油胺和苄醚的加入量配比为1mg：2-3mg：2-3mg：25-30mL。
所述步骤(2)中，纳米种子、乙酰丙酮铁、乙酰丙酮锌、乙酰丙酮锰和1,2-十六烷二醇的重量比为1:4-12:0.5-2:0.8-2.8：12-50。
所述步骤(2)中，所述纳米粒子、油酸、油胺和苄醚的加入量配比为2-10mg：25-86mg：25-82mg:1mL。
所述步骤(3)中，聚乙二醇、6-(马来酰亚胺基)己酸琥珀酰亚胺酯、1-乙基-(3-二甲基氨基丙基)碳二亚胺盐酸盐的重量比为1:1-2:1-2；聚乙二醇、吡啶、3-(3,4-二羟基苯基)丙酰肼和铁酸盐纳米粒子的重量比为1:1-2:2-4:1-2。合适的加入了配比，决定了各种配体修饰效率，以及各功能基团的比例。
所述步骤(4)中，盐酸阿霉素和3-(3,4-二羟基苯基)丙酰肼修饰的铁酸盐纳米粒子的重量比为1：20。
上述水溶性铁酸盐复合纳米粒子可应用在恶心肿瘤疾病的治理中。
本发明发展了一种同时具有磁热和化疗功能的铁酸盐水溶性复合纳米粒子。首先通过高温热解的方法制备了立方块结构的(Zn0.4Co0.6)Fe2O4@(Zn0.4Mn0.6)Fe2O4纳米粒子，该复合纳米粒子具有较大的饱和磁化率，其产热率(Specific adsorption rate-SAR，即单位质量将其他能量转换成热能的量，单位为w/g)比较大，可以用于磁热转换材料。另外，通过配体交换，进一步通过化学反应修饰聚乙二醇PEG和阿霉素(DOX)。该复合纳米粒子在磷酸缓冲溶液、血清中具有较好的分散性，较小的毒副作用，较好生物相容性，并以宫颈癌细胞(HeLa)为模型细胞，具有非常优异的磁热和化疗协同治疗作用。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于：
(1)所述水溶性铁酸盐复合纳米粒子具有立方体形状，粒子均匀、水溶性和分散性比较好。而且立方体形状的独特结构，具有非常好的磁热效果。在该立方体表面修饰有3-(3,4-二羟基苯基)丙酰肼，并修饰有聚乙二醇以及化疗药物阿霉素，制备了具有靶向磁热与化疗协同治疗的铁酸盐纳米复合粒子，在癌症诊断与治疗上有广泛的应用，在医药和生物领域具有很好的应用前景。
(2)该复合纳米粒子具有核壳结构，核是为(Zn0.4Co0.6)Fe2O4，粒径为8nm左右，壳是(Zn0.4Mn0.6)Fe2O4，厚度为11nm左右，实现了软硬磁复合，得到良好的磁学性质。
(3)所述水溶性铁酸盐复合纳米粒子的磁性稳定、磁热性能好，生物相容性好，具有药物释放功能。
(4)本发明的制备装置简单、原材料易得、价格低廉、操作简单、对环境无污染。
附图说明
图1为实施例中1中制备的纳米种子的TEM图像。
图2为实施例中1中制备的水溶性铁酸盐复合纳米粒子的TEM图像。
图3为实施例中1中制备的水溶性铁酸盐复合纳米粒子的XRD图。
图4为实施例中1中制备的水溶性铁酸盐复合纳米粒子的磁滞回线。
图5为实施例中1中制备的水溶性铁酸盐复合纳米粒子的磁热效果图。
图6为实施例中1中制备的水溶性铁酸盐复合纳米粒子的磁热激发的药物释放性能图。
图7为实施例1中制备的水溶性铁酸盐复合纳米粒子的在Hela细胞内的磁热促进的化疗效果对比图。
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)、Zn0.4Co0.6)Fe2O4@(Zn0.4Mn0.6)Fe2O4铁酸盐纳米粒子的制备
称取706.3mg的乙酰丙酮铁，105.4mg的乙酰丙酮锌，154.3mg乙酰丙酮钴，2.5844g的1,2-十六烷二醇，加入油酸1.6948g，油胺1.6050g，苄醚20mL。先升温到200℃，保持2h，然后温度升到300℃，保持1h，合成纳米种子，然后离心洗涤，干燥保存。具体形态如图1所示，纳米种子粒径均匀，无团聚现象发生。纳米种子的粒径为8nm左右。
称取合成的纳米种子60mg，再称取706.3mg的乙酰丙酮铁，105.4mg的乙酰丙酮锌，151.2mg乙酰丙酮锰，2.5844g的1,2-十六烷二醇，加入油酸0.5649g，油胺0.5350g，苄醚20mL。先升温到200℃，保持1h，然后温度升到300℃，保持0.5h，合成(Zn0.4Co0.6)Fe2O4@(Zn0.4Mn0.6)Fe2O4铁酸盐纳米粒子，离心洗涤，保存于正己烷中。具体如图2所示，从图中可看出纳米粒子呈立方体形状，粒径分布均一。该纳米粒子的壳的厚度为11nm左右。
(2)、3-(3,4-二羟基苯基)丙酰肼修饰的铁酸盐纳米粒子的制备
取20mg的聚乙二醇，30mg的6-(马来酰亚胺基)己酸琥珀酰亚胺酯和30mg的1-乙基-(3-二甲基氨基丙基)碳二亚胺盐酸盐，加入装有20mL吡啶的单口瓶，反应1h后加入60mg3-(3,4-二羟基苯基)丙酰肼。反应8h后，加入20mg步骤(1)中制备的Zn0.4Co0.6)Fe2O4@(Zn0.4Mn0.6)Fe2O4铁酸盐纳米粒子。再次反应12h后，离心洗涤，溶入10mL水中保存。
(3)、水溶性铁酸盐复合纳米粒子的制备
取盐酸阿霉素20mg，用20mL水溶解，加入步骤(2)中的3-(3,4-二羟基苯基)丙酰肼修饰的铁酸盐纳米粒子400mg，超声混匀，在30℃下反应24h。反应结束后，转移到分子量为3500的透析袋中，透析3天。冷冻干燥，得到磁热化疗协同治疗的水溶性铁酸盐复合纳米粒子。
图3为所制备的水溶性铁酸盐复合纳米粒子的XRD图谱。
图4为所制备的水溶性铁酸盐复合纳米粒子的磁滞回线，从图中可看出，该纳米粒子具有较大的饱和磁化率，较小的磁滞损耗，基本为顺磁性铁酸盐类材料。
图5为所制备的水溶性铁酸盐复合纳米粒子的磁热效应图，随着浓度的增大，升高的温度越大，当浓度达到500ug/mL时，能升高36.6℃,磁热效果显著，其SAR值能达到600W/g。
图6为所制备的水溶性铁酸盐复合纳米粒子的磁热激发的药物释放性能图，从图中可知pH为5.3比pH为7.4时的药物释放率高。当施加磁热作用后，这两个pH条件下，药物的释放率都增加了。最终，在pH为5.3且施加磁热作用的条件下，药物释放率达到最高的86.4％。
图7为所制备的水溶性铁酸盐复合纳米粒子的在Hela细胞内的磁热促进的化疗效果对比图，从图中可知，HeLa细胞在协同治疗下的存活率仅为23.5％。
实施例2
(1)、Zn0.4Co0.6)Fe2O4@(Zn0.4Mn0.6)Fe2O4铁酸盐纳米粒子的制备
称取353.2mg的乙酰丙酮铁，52.7mg的乙酰丙酮锌，77.2mg乙酰丙酮钴，1.292g的1,2-十六烷二醇，加入油酸0.8475g，油胺0.8025g，苄醚10mL。先升温到200℃，保持3h，然后温度升到300℃，保持1.5h，合成纳米种子，然后离心洗涤，干燥保存。
称取合成的纳米种子85mg，再称取353.2mg的乙酰丙酮铁，52.7mg的乙酰丙酮锌，75.9mg的乙酰丙酮锰，1.292g的1,2-十六烷二醇，加入油酸0.8475g，油胺0.8025g，苄醚10mL。先升温到200℃，保持1h，然后温度升到300℃，保持0.5h，合成(Zn0.4Co0.6)Fe2O4@(Zn0.4Mn0.6)Fe2O4铁酸盐纳米粒子，离心洗涤，保存于正己烷中。
(2)、3-(3,4-二羟基苯基)丙酰肼修饰的铁酸盐纳米粒子的制备同实施例1。
(3)、水溶性铁酸盐复合纳米粒子的制备同实施例1。
实施例3
(1)、Zn0.4Co0.6)Fe2O4@(Zn0.4Mn0.6)Fe2O4铁酸盐纳米粒子的制备通实施例1。
(2)、3-(3,4-二羟基苯基)丙酰肼修饰的铁酸盐纳米粒子的制备同实施例1。
(3)水溶性铁酸盐复合纳米粒子的制备
取盐酸阿霉素10mg，用20mL水溶解，加入步骤(2)中的3-(3,4-二羟基苯基)丙酰肼修饰的铁酸盐纳米粒子200mg，超声混匀，在30℃下反应48h。反应结束后，转移到分子量为3500的透析袋中，透析3天。冷冻干燥，得到磁热化疗协同治疗的水溶性铁酸盐复合纳米粒子。
以上所述为本发明的较佳实施例而已，但本发明不应该局限于该实施例所公开的内容。所以凡是不脱离本发明所公开的精神下完成的等效或修改，都落入本发明保护的范围。
Claims (9)
1.一种水溶性铁酸盐复合纳米粒子，该复合纳米粒子是以(Zn0.4Co0.6)Fe2O4为核，以(Zn0.4Mn0.6)Fe2O4为壳，并在壳的表面修饰有聚乙二醇和盐酸阿霉素的纳米粒子，该纳米粒子为立方体形状，
所述水溶性铁酸盐复合纳米粒子的制备方法，其步骤包括：
(1)在乙酰丙酮铁、乙酰丙酮锌、乙酰丙酮钴和1,2-十六烷二醇中加入油酸、油胺和苄醚，升温至180-210℃，保持1.5-3小时，然后升温至280-320℃，保持0.5-1.5小时，合成纳米种子，离心洗涤、干燥；
(2)将步骤(1)中的纳米种子、乙酰丙酮铁、乙酰丙酮锌、乙酰丙酮锰及1,2-十六烷二醇中加入油酸、油胺和苄醚，升温至180-210℃，保持0.5-1.5小时，然后升温至280-320℃，保持0.3-0.6小时，合成(Zn0.4Co0.6)Fe2O4@(Zn0.4Mn0.6)Fe2O4铁酸盐纳米粒子，离心洗涤，保存于正己烷中；
(3)向聚乙二醇、6-(马来酰亚胺基)己酸琥珀酰亚胺酯、1-乙基-(3-二甲基氨基丙基)碳二亚胺盐酸盐中加入吡啶，反应0.5-1.5小时，然后加入3-(3,4-二羟基苯基)丙酰肼后反应7-9小时，最后加入步骤(2)中合成的铁酸盐纳米粒子反应11-13小时，离心洗涤，得到3-(3,4-二羟基苯基)丙酰肼修饰的铁酸盐纳米粒子，保存于水中；
(4)取盐酸阿霉素，用水溶解，然后加入步骤(3)中的3-(3,4-二羟基苯基)丙酰肼修饰的铁酸盐纳米粒子超声混合，在28-33℃下反应45-50小时，透析、冷冻干燥即可。
2.根据权利要求1所述的水溶性铁酸盐复合纳米粒子，其特征在于：所述步骤(1)中，乙酰丙酮铁、乙酰丙酮锌、乙酰丙酮钴和1,2-十六烷二醇的重量比为6-7:1:1-2:20-30。
3.根据权利要求1所述的水溶性铁酸盐复合纳米粒子，其特征在于：所述步骤(1)中，乙酰丙酮铁和油酸、油胺和苄醚的加入量配比为1mg:2-3mg:2-3mg:25-30mL。
4.根据权利要求1所述的水溶性铁酸盐复合纳米粒子，其特征在于：所述步骤(2)中，纳米种子、乙酰丙酮铁、乙酰丙酮锌、乙酰丙酮锰和1,2-十六烷二醇的重量比为1:4-12:0.5-2:0.8-2.8:12-50。
5.根据权利要求1所述的水溶性铁酸盐复合纳米粒子，其特征在于：所述步骤(2)中，所述纳米粒子、油酸、油胺和苄醚的加入量配比为2-10mg:25-86mg:25-82mg:1mL。
6.根据权利要求1所述的水溶性铁酸盐复合纳米粒子，其特征在于：所述步骤(3)中，聚乙二醇、6-(马来酰亚胺基)己酸琥珀酰亚胺酯、1-乙基-(3-二甲基氨基丙基)碳二亚胺盐酸盐的重量比为1:1-2:1-2。
7.根据权利要求1所述的水溶性铁酸盐复合纳米粒子，其特征在于：所述步骤(3)中，聚乙二醇、吡啶、3-(3,4-二羟基苯基)丙酰肼和铁酸盐纳米粒子的重量比为1:1-2:2-4:1-2。
8.根据权利要求1所述的水溶性铁酸盐复合纳米粒子，其特征在于：所述步骤(4)中，盐酸阿霉素和3-(3,4-二羟基苯基)丙酰肼修饰的铁酸盐纳米粒子的重量比为1:20。
9.权利要求1所述的水溶性铁酸盐复合纳米粒子在制备治疗恶性肿瘤疾病药物中的应用。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
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| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
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| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee | ||
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Granted publication date: 20171027 Termination date: 20201229 |