CN104873975A

CN104873975A - 一种金纳米材料及其制备方法和应用

Info

Publication number: CN104873975A
Application number: CN201510212702.0A
Authority: CN
Inventors: 李峻柏; 秦晨晨; 费进波; 王安河
Original assignee: Institute of Chemistry CAS
Current assignee: Institute of Chemistry CAS
Priority date: 2015-04-29
Filing date: 2015-04-29
Publication date: 2015-09-02
Anticipated expiration: 2035-04-29
Also published as: CN104873975B

Abstract

本发明公开了一种金纳米材料及其制备方法和应用。它由金纳米棒、包覆在金纳米棒上的介孔二氧化硅和吸附在介孔二氧化硅表面的脂质体组成。其制备方法包括如下步骤：1)将金纳米棒包覆介孔二氧化硅，得到介孔二氧化硅包覆的金纳米棒；2)将介孔二氧化硅包覆的金纳米棒与脂质体溶液混合，吸附即得金纳米材料。本发明应用在制备治疗肿瘤药物或药物载体中，该药物由金纳米材料和辅料组成。本发明金纳米材料包覆了脂质体能够在癌细胞内快速积累，能在该纳米粒子外面负载上功能性分子，或者内部负载上不同的生物药物或者大分子，用于制备治疗肿瘤的药物中；本发明金纳米材料可长时间保存。

Description

一种金纳米材料及其制备方法和应用

技术领域

本发明涉及一种金纳米材料及其制备方法和应用，属于纳米材料制备领域。

背景技术

金纳米棒是一种尺度从几纳米到上百纳米的棒状金纳米颗粒。由于金纳米棒的表面等离子体共振波长(550nm-1550nm)随金纳米棒的长径比而变化，所以具有极高的表面电场强度增强效应和可调的光热转换效率。由于金纳米棒自身拥有的独特的光学、光电、光热以及生物学性质，目前在光热治疗方面受到了极大的关注。但是金纳米棒在生物体内较易聚集，影响表面等离子体共振波长。

根据国际纯粹与应用化学联合会(IUPAC)的规定，介孔材料是指孔径介于2-50nm的一类多孔材料。介孔材料具有极高的比表面积、规则有序的孔道结构、狭窄的孔径分布、孔径大小连续可调等特点，使得它在很多微孔沸石分子筛难以完成的大分子的吸附、分离，尤其是催化反应中发挥作用。从介孔材料诞生一开始就吸引了国际上物理、化学、生物、材料及信息等多学科研究领域的广泛兴趣，目前已成为国际上跨多学科的热点前沿领域之一。

其中硅基介孔材料孔径分布狭窄，孔道结构规则，并且技术成熟，研究颇多。硅系材料可用催化，分离提纯，药物包埋缓释，气体传感等领域。其中，介孔二氧化硅具有很大的比表面积和比孔容，可以在材料的孔道里载上卟啉、吡啶，或者固定包埋蛋白等生物药物，通过对官能团修饰控释药物，提高药效的持久性。利用生物导向作用，可以有效、准确地击中靶子如癌细胞和病变部位，充分发挥药物的疗效。

脂质体，也称为微脂粒，是一种具有靶向给药功能的新型药物制剂。脂质体是利用磷脂双分子层膜所形成的囊泡包裹药物分子而形成的制剂。由于生物体质膜的基本结构也是磷脂双分子层膜，脂质体具有与生物体细胞相类似的结构，因此有很好的生物相容性。

发明内容

本发明的目的是提供一种金纳米材料及其制备方法和应用，本发明金纳米材料实现了光热治疗药物制备，能够在癌细胞内快速积累，能应用于制备治疗肿瘤的药物或药物载体中。

本发明提供的金纳米材料，它由金纳米棒、包覆在所述金纳米棒上的介孔二氧化硅和吸附在所述介孔二氧化硅表面的脂质体组成。

上述的金纳米材料，所述金纳米棒的长度为50～100nm，具体可为60～80nm；

所述金纳米棒、所述介孔二氧化硅和所述脂质体的质量比为1：0.1～1.0：0.1～0.8，具体可为1：0.33：0.15；

所述脂质体由下述原料制成：1,2-二油酰基卵磷脂、二油酰磷脂酰乙醇胺、二棕榈酰磷脂酰胆碱、二硬脂酰基卵磷脂、胆固醇、1，2-二油酰基羟丙基-3-N,N,N-三甲铵氯和二硬脂酰基磷脂酰乙醇胺-聚乙二醇-叶酸中至少一种。

上述的金纳米材料，所述金纳米棒(AuNRs)按照下述方法制备，包括如下步骤：1)将Au³⁺与表面活性剂混合，然后加入还原剂Ⅰ，还原即得金种子；

2)将Au³⁺与表面活性剂混合，然后依次加入硝酸银的溶液和还原剂Ⅱ，调节酸性，再加入所述金种子，反应即得所述金纳米棒。

上述的金纳米材料，所述表面活性剂为十六烷基三甲基溴化铵；

所述还原剂Ⅰ为硼氢化钠；

所述还原剂Ⅱ为维生素C；

步骤1)中，所述Au³⁺、所述表面活性剂与所述还原剂Ⅰ的摩尔量的比可为1：25～35：2～3，具体可为1：30：2.4；

步骤2)中，所述Au³⁺与所述表面活性剂的摩尔量的比可为1：180～220，具体可为1：200，具体可为1：200；

所述Au³⁺、所述硝酸银与所述还原剂Ⅱ的摩尔量的比可为1：0.2～0.3：0.15～0.25，具体可为1：0.25：0.2；

所述Au³⁺与所述金种子的摩尔量的比为1：0.01～0.08，具体可为1：0.05；

步骤2)中用盐酸溶液调节酸性，调节pH值为6～7；

所述硝酸银的溶液的摩尔浓度为0.01～0.05mol/L，具体可为0.01mol/L。

本发明还提供了上述的金纳米材料的制备方法，包括如下步骤：1)将金纳米棒包覆介孔二氧化硅，得到介孔二氧化硅包覆的金纳米棒；

2)将所述介孔二氧化硅包覆的金纳米棒与脂质体溶液混合，吸附，即得到所述金纳米材料。

上述的方法，其特征在于：步骤1)中，所述介孔二氧化硅包覆的金纳米棒按照下述方法得到：将金纳米棒的水溶液调节pH值，向其中加入正硅酸乙酯的甲醇溶液，进行共沉淀，过滤沉淀得到所述介孔二氧化硅包覆的金纳米棒；

所述金纳米棒的水溶液的质量体积浓度为0.01～0.2mg/mL，具体可为0.15mg/mL；

用氢氧化钠调节pH值，pH值为8～9；

所述正硅酸乙酯的甲醇溶液的体积百分浓度为10％～30％，具体可为20％；

所述金纳米棒的水溶液与所述正硅酸乙酯的甲醇溶液的摩尔比为1：5～10；

所述正硅酸乙酯的甲醇溶液分1～5次加入，具体可为3次，每次的时间间隔为20～60min，具体可为30min；

所述共沉淀的温度为28～38℃，具体可为28℃，时间为60～80h，具体可为72h；

步骤1)中还包括将所述沉淀用酸性溶液中和的过程，中和至pH值为6～8，具体可为6～7；中和的过程采用超声热水处理；

所述酸性溶液为浓盐酸溶于甲醇的溶液，其中所述浓盐酸的摩尔浓度为10～12M，所述浓盐酸与所述甲醇的体积比为0.01～0.1：1；

步骤2)中，所述脂质体溶液的质量体积浓度为1.0～2.0mg/mL，具体可为1mg/ml；

所述吸附的时间为2～3h，温度为15～28℃。

本发明中，所述脂质体溶液可为1,2-二油酰基卵磷脂、胆固醇，1,2-二油酰基羟丙基-3-N,N,N-三甲铵氯和二硬脂酰基磷脂酰乙醇胺-聚乙二醇-叶酸混合溶于氯仿和甲醇，然后加水得到的溶液。

本发明金纳米材料的制备方法中，步骤1)结束后包括离心分离出所述介孔二氧化硅包覆的金纳米棒(AuNRsMSN纳米粒子)，然后用甲醇溶液清洗，再真空干燥的步骤；

步骤2)结束后包括离心分离出所述金纳米材料(AuNRsMSNLipid纳米粒子)，然后用去离子水清洗；

步骤1)-2)中，离心的转速均可为9000～10000rpm，具体可为10000rpm，时间可为10～20min，具体可为10min。

本发明制备方法中，所述金纳米棒(AuNRs)按照下述方法制备，包括如下步骤：1)将Au³⁺与表面活性剂混合，然后加入还原剂Ⅰ，还原即得金种子；

本发明制备方法中，所述金纳米棒制备时，所述表面活性剂为十六烷基三甲基溴化铵；

所述还原剂Ⅰ为硼氢化钠；

所述还原剂Ⅱ为维生素C；

步骤2)中用盐酸溶液调节酸性，调节pH值为6～7；

本发明所述金纳米材料应用于制备治疗肿瘤药物或药物载体中，尤其是在制备治疗癌症药物中的应用；本发明金纳米材料应用在制备治疗肿瘤的药物中，这主要是由于金纳米棒可以产生光热效应，对肿瘤细胞或癌细胞具有杀伤性。

本发明所述金纳米材料应用时，所述治疗肿瘤药物或所述药物载体在应用时采用激光照射；

所述激光的波长为650～900nm，具体可为808nm。

本发明还进一步提供了一种药物，该药物的活性成分为所述的金纳米材料或负载活性药物的所述金纳米材料；

所述活性药物为紫杉醇或阿霉素，所述活性药物属于化疗药物。

上述的药物，所述金纳米材料与所述活性药物的质量比为10～15：1。

本发明金纳米材料可在癌细胞内得到有效的积累，这主要是由于最外层包覆的脂质体层能够选择性识别癌细胞，由于其结构与细胞膜的结构相似，能够较快的进入癌细胞当中，起到治疗的作用。

本发明金纳米材料的制备采用层层组装技术，将具有光热治疗效果的金纳米粒子在光子照射下，即达到了光热治疗药物制备；包覆介孔二氧化硅的金纳米棒，能用于负载活性药物，并利用脂质体包覆有利于在肿瘤内部得到有效积累。本发明金纳米材料可用于肿瘤药物的制备，同时一定程度上解决了纳米粒子在细胞体内较少累积的问题，为光热治疗提供更有效的途径。

本发明提供的能够选择性识别癌细胞并在癌细胞内快速累积的壳核型纳米粒子，是本发明的发明人发展起来的新型体系，在目前期刊和文献中并未出现公开过。

本发明具有以下优点：

(1)本发明所采用的原料相对较易得到，制备方法相对简单。

(2)本发明金纳米材料包覆了脂质体能够在癌细胞内快速积累。

(3)本发明金纳米材料功能可调控：可根据实际需要，通过选择不同的方法在该纳米粒子上负载不同的活性药物，用于制备治疗肿瘤的药物或制备药物载体中。

(4)本发明金纳米材料可长时间保存。

附图说明

图1为本发明制备的AuNRs和AuNRsMSN的透射电镜(TEM)照片，其中图1(a)为AuNRs的透射电镜照片，图1(b)为AuNRsMSN的透射电镜照片。

图2为本发明实施例制备的脂质体的动态光散射(DLS)数据图。

图3为本发明实施例2中不同时间内细胞吞噬纳米粒子后，细胞内部金元素的含量随时间的变化图。

图4为本发明实施例2中不同功率强度下进行激光光照后纳米粒子的水溶液温度变化图。

图5为本发明实施例2中不同药物浓度下细胞活性柱状图。

具体实施方式

下述实施例中所使用的实验方法如无特殊说明，均为常规方法。

下述实施例中所用的材料、试剂等，如无特殊说明，均可从商业途径得到。

下述实施例中1,2-二油酰基羟丙基-3-N,N,N-三甲铵氯的CAS号为132172-61-3；二硬脂酰基磷脂酰乙醇胺-聚乙二醇-叶酸的CAS号为1236288-25-7；1,2-二油酰基卵磷脂的CAS号为4235-95-4、850375P。

实施例1、金纳米材料的制备

一、金纳米棒(AuNRs)的制备

1、金种制备：1.5ml的0.01M的十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)与50μl 0.01M的Au³⁺混合，快速加入120μl的0.01M的NaBH₄，震荡，28℃水浴下放置2-3h，得到金种。

2、AuNRs的制备：在80ml的0.1M的CTAB中加入4ml的0.01M的Au³⁺，震荡下，加入AgNO₃溶液(0.01M，1ml)。震荡下加入0.8ml的维生素C(Vc，0.01M)，颜色变成无色后，震荡1～2min，加入1ml的盐酸(HCl，0.01M)，调节pH值为6～7，最后加入200μl的金种(浓度为0.01M)。在28℃下反应24h，得到的酒红色溶液在10000rpm转速下离心10min，离心两次，去离子水洗涤，除去多余的CTAB，得到AuNRs，其长度为60～80nm，如图1(a)所示，为AuNRs的TEM图。

由图1(a)可知，本发明制备的金纳米棒均为棒状，不含金圆粒状的颗粒。

二、脂质体溶液的制备

首先称取1mg 1,2-二油酰基卵磷脂，1mg 1,2-二油酰基羟丙基-3-N,N,N-三甲铵氯，1mg胆固醇和0.05mg二硬脂酰基磷脂酰乙醇胺-聚乙二醇-叶酸，溶于氯仿和甲醇的混合溶液中(体积比是1:1)，溶解完全，混合均匀后用旋转蒸发仪将有机溶剂抽干，真空干燥24h。加入水配成脂质体的质量体积浓度为1mg/ml，然后借助Mini-Extruder 脂质体制备装置(购买Avanti公司)制备150nm左右的脂质体，如图2所示，为脂质体的动态光散射数据图。

三、金纳米材料的制备

1、介孔二氧化硅包覆的金纳米棒(AuNRsMSN)的制备

将上述一中制备得到的6mg的AuNRs分散到40ml的水中，加入400μl的NaOH(0.1M)，调节pH值为8～9，震荡2-3h，在震荡的下加入120μl的正硅酸乙酯(TEOS)的甲醇溶液(TEOS与甲醇的体积百分浓度为20％)，分别加3次，每次间隔30min。然后在28℃水浴下反应72h。之后，在9500rpm下离心20min，用甲醇洗。离心两次，真空干燥。之后再加入8ml的酸性的甲醇溶液(浓盐酸HCl的摩尔浓度为12M，浓盐酸与甲醇的体积比是1:100)，调节pH值为6～7，在65℃水浴下中和反应12h，得到的溶液在9500rpm转速下离心20min，甲醇清洗，离心两次，真空干燥，得到AuNRsMSN，如图1(b)所示，为AuNRsMSN的TEM图。

2、制备AuNRsMSNLipid的纳米粒子

把8mg的AuNRsMSN的纳米粒子分散到1mg/mL的脂质体中，超声分散，在分散完全后，在温度为25℃时，缓慢温和震荡2h。离心，用水洗去多余的未铺展到AuNRsMSN的纳米粒子表层的脂质体，这样制得的金纳米棒、介孔二氧化硅和脂质体的质量比为1：0.33：0.15，收集得到AuNRsMSNLipid纳米粒子。

实施例2、金纳米材料的应用

一、利用本发明实施例1中方法制备的AuNRsMSNLipid和AuNRsMSN两种纳米粒子，将相同量的上述两种纳米粒子加入到乳腺癌细胞(MCF-7)当中进行培养，测定在不同时间内(0～9h，具体可以是1h、3h、6h、9h)细胞吞噬纳米粒子的含量，其结果如图3所示，为不同时间内细胞吞噬纳米粒子后，细胞内部金元素的含量随时间的变化。由图3可知，通过对比不同时间段内，细胞内金元素的含量，证明脂质体层有助于细胞内吞。

二、将本发明实施例1中方法制备得到的AuNRsMSNLipid纳米粒子分散到水溶液中，配置成不同浓度。在不同功率强度下进行激光光照(808nm)，分别照射5min。每隔30s的时间，用精细温度计测定溶液的温度变化。其结果如图4所示，图4为不同功率强度下进行激光光照后纳米粒子的水溶液温度变化图。

从图4的结果可以发现，相同时间内，激光功率强度越大，温度越高，当激光强度为3W，第5min时，温度达到60℃左右，说明本发明AuNRsMSNLipid纳米粒子有着较好的光热性质。

三、利用本发明实施例1中方法制备得到的AuNRsMSNLipid纳米粒子加入到水中，配置成悬浮液溶液(2mg/mL)，分别加入不同的量与MCF-7在96孔板中共同培养24h，给细胞换液，将未被细胞内吞的纳米粒子除去。用808nm激光光照5min，继续培养4-6h，做细胞活性(CCK-8实验)实验。

对照组不用激光照射，继续培养4-6h，做细胞活性实验。

其结果如图5所示，图5为不同药物浓度下细胞活性柱状图(其中A、B、C、D分别代表的具体浓度是5、10、15和20μg/mL)。将本发明制备得到的AuNRsMSNLipid纳米粒子与肿瘤细胞共培养后，在808nm激光照射后，金纳米粒子浓度增加，细胞存活率越低，为8.2％。同时，在相同的浓度下，未经光照的细胞存活率较高，证明了本发明AuNRsMSNLipid纳米粒子经激光照射后对癌细胞有着较好的治疗效果。

Claims

1.一种金纳米材料，其特征在于：它由金纳米棒、包覆在所述金纳米棒上的介孔二氧化硅和吸附在所述介孔二氧化硅表面的脂质体组成。

2.根据权利要求1所述的金纳米材料，其特征在于：所述金纳米棒的长度为50～100nm；

所述金纳米棒、所述介孔二氧化硅和所述脂质体的质量比为1：0.1～1.0：0.1～0.8；

3.根据权利要求1或2所述的金纳米材料，其特征在于：所述金纳米棒按照下述方法制备，包括如下步骤：1)将Au³⁺与表面活性剂混合，然后加入还原剂Ⅰ，还原即得金种子；

4.根据权利要求3所述的金纳米材料，其特征在于：所述表面活性剂为十六烷基三甲基溴化铵；

所述还原剂Ⅰ为硼氢化钠；

所述还原剂Ⅱ为维生素C；

步骤1)中，所述Au³⁺、所述表面活性剂与所述还原剂Ⅰ的摩尔量的比为1：25～35：2～3；

步骤2)中，所述Au³⁺与所述表面活性剂的摩尔量的比为1：180～220；

所述Au³⁺、所述硝酸银与所述还原剂Ⅱ的摩尔量的比为1：0.2～0.3：0.15～0.25；

所述Au³⁺与所述金种子的摩尔量的比为1：0.01～0.08；

步骤2)中用盐酸溶液调节酸性，调节pH值为6～7；

所述硝酸银的溶液的摩尔浓度为0.01～0.05mol/L。

5.权利要求1-4中任一项所述的金纳米材料的制备方法，包括如下步骤：1)将金纳米棒包覆介孔二氧化硅，得到介孔二氧化硅包覆的金纳米棒；

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于：步骤1)中，所述介孔二氧化硅包覆的金纳米棒按照下述方法得到：将金纳米棒的水溶液调节pH值，向其中加入正硅酸乙酯的甲醇溶液，进行共沉淀，过滤沉淀得到所述介孔二氧化硅包覆的金纳米棒；

所述金纳米棒的水溶液的质量体积浓度为0.01～0.2mg/mL；

用氢氧化钠调节pH值，pH值为8～9；

所述正硅酸乙酯的甲醇溶液的体积百分浓度为10％～30％；

所述正硅酸乙酯的甲醇溶液分1～5次加入，每次的时间间隔为20～60min；

所述共沉淀的温度为28～38℃，时间为60～80h；

步骤1)中还包括将所述沉淀用酸性溶液中和的过程，中和至pH值为6～8；

步骤2)中，所述脂质体溶液的质量体积浓度为1.0～2.0mg/mL；

所述吸附的时间为2～3h，温度为15～28℃。

7.权利要求1-4中任一项所述的金纳米材料在制备治疗肿瘤药物或药物载体中的应用。

8.根据权利要求7所述的应用，其特征在于：所述治疗肿瘤药物或所述药物载体在应用时采用激光照射；

所述激光的波长为650～900nm。

9.一种药物，其特征在于：该药物的活性成分为权利要求1-4中任一项所述的金纳米材料或负载活性药物的所述金纳米材料；

所述活性药物为紫杉醇或阿霉素。

10.根据权利要求9所述的药物，其特征在于：所述金纳米材料与所述活性药物的质量比为10～15：1。