CN105214089A - 一种具有核壳结构的磁性胶体纳米晶簇及其制备方法和应用 - Google Patents
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Abstract
本发明属于功能材料技术领域，具体涉及一种以光敏剂5-盐酸乙酰氨基丙酸作为自支撑材料的具有核壳结构的磁性胶体纳米晶簇及其制备方法和在治疗膀胱癌中的应用。本发明的具有核壳结构的磁性胶体纳米晶簇的核为磁性四氧化三铁纳米晶簇，壳为以ALA作为支撑材料的配位聚合物，通过下述方法制备：首先制备琼脂糖稳定的磁性胶体纳米晶簇，然后在合成磁簇的基础上，制备配位聚合物包覆的具有核壳结构的磁簇。本发明所述磁性胶体纳米晶体簇，制备简单、载药量大，对膀胱癌特异性靶向较强，治疗膀胱癌的效果较好；且所述制备方法可较好地控制配位聚合物壳层的厚度、载药量，应用前景良好。
Description
技术领域
本发明属于功能材料技术领域，涉及一种具有核壳结构的磁性胶体纳米晶簇及其制备方法和应用；具体涉及一种以光敏剂5-盐酸乙酰氨基丙酸(ALA)作为自支撑材料的具有核壳结构的磁性胶体纳米晶簇及其制备方法和在治疗膀胱癌中的应用。
背景技术
近年来，磁性纳米载药系统，尤其是磁性胶体纳米晶簇正受到人们的广泛关注。由于磁性胶体纳米晶簇具有较强的磁响应性和较好的载药性能，可在外加磁场下方便、快速靶向到病变部位，在病变部位释放出药物分子，提高药物的利用率，达到有效治疗疾病的目的。例如，以磁性胶体纳米晶簇为基础，构建磁性纳米载药系统，并应用于膀胱癌的治疗。实践显示，上述材料能明显提高膀胱癌的治疗效果，但在应用上述材料进行靶向载药时尚缺乏有特异性。
研究显示，在纳米载体表面偶联或吸附与膀胱癌具有较强亲合力的物质，可使纳米载体导向到肿瘤细胞，从而提高其靶向的特异性。5-盐酸乙酰氨基丙酸(ALA)作为第二代光敏剂的代表已被广泛应用于膀胱癌的光动力诊断和治疗；利用ALA能够被膀胱癌细胞特异性吸收的特性，对纳米材料结构的表面进行修饰可提高其靶向的特异性而且还具有光动力治疗的功能。而目前，必须解决的关键问题是，既要实现ALA的高效包覆，又要实现ALA在纳米载体表面的特异靶向效果。
有研究指出，配位聚合物可帮助实现上述设计；所述配位聚合物复合材料具有以下优点：(1)完全基于功能分子来设计，形成完全由功能分子支撑的金属有机框架结构，因此能提高复合材料中的功能分子的含量；(2)配位键是一类非共价键连接方式，不仅不会改变功能分子的本质特性，而且只要基于配位键形成的前提条件，功能分子的选择具有多样化的特点；(3)配位键可在一定环境条件下可逆形成，具有对环境的刺激响应性，能够实现功能分子的可控释放；(4)配位聚合物的金属离子具有很多有机分子所缺乏的优异性质，例如核磁共振呈像、氧化还原催化、光电传输性质等。
基于此，本申请的发明人拟在合成磁性胶体纳米晶簇的基础上，借助配位聚合物的特性制备以ALA为自支撑材料的具有核壳结构的磁性胶体纳米晶簇，该材料将为膀胱癌的治疗提供一个全新的手段，具有重要的临床转化价值。
发明内容
本发明的目的是提供一种具有核壳结构的磁性胶体纳米晶簇及其制备方法和应用；具体涉及一种以光敏剂5-盐酸乙酰氨基丙酸(ALA)作为自支撑材料的具有核壳结构的磁性胶体纳米晶簇及其制备方法和在治疗膀胱癌中的应用。本发明所述的自支撑结构(Fe3O4-ALA)为一种全新的磁性纳米载药系统，具有制备简单、载药量大，对膀胱癌特异性靶向较强的的特点，能够有效用于提高膀胱癌的治疗效果。
本发明的具有核壳结构的磁性胶体纳米晶簇的核为磁性四氧化三铁纳米晶簇，壳为以ALA作为支撑材料的配位聚合物。本发明利用光敏剂5-盐酸乙酰氨基丙酸(ALA)能被膀胱癌细胞特异性吸收的特性，对纳米材料结构的表面进行修饰以期提高其靶向的特异性；不仅如此，本发明所采用的ALA本身即具有对膀胱癌的光动力治疗效果，因此，通过所述的自支撑结构能实现磁靶向和ALA特异性靶向的双重靶向，提高膀胱癌的治疗效果。
本发明的具有核壳结构的磁性胶体纳米晶簇通过下述方法制备：
首先制备琼脂糖稳定的磁性胶体纳米晶簇(简称磁簇)，接着在合成磁簇的基础上，制备配位聚合物包覆的具有核壳结构的磁簇，最后利用该材料进行膀胱癌的光动力学治疗；本发明的以ALA作为自支撑材料的具有核壳结构的磁簇制备方法简单、能较好地控制配位聚合物壳层的厚度和载药量，对膀胱癌特异性靶向较强，治疗膀胱癌的效果较好。
更具体的，本发明的具有核壳结构的磁性胶体纳米晶簇的制备方法，其包括步骤：
(1)以六水合三氯化铁、醋酸盐和琼脂糖为原料，制备琼脂糖稳定的磁性纳米粒子团簇(简称磁簇)；
本发明的实施例中：将0.6-6g六水合三氯化铁、1.8-20g醋酸盐和0.2-2.4g琼脂糖溶解(分散)在20-80mL乙二醇中，在140-180℃下机械搅拌0.5--2h，然后置于含有聚四氟乙烯内衬的不锈钢高压反应釜中，将反应釜放置于180-220℃的烘箱中14-36h，取出，用自来水使其冷却至室温；用磁分离分离出产物磁簇，并用无水乙醇和去离子水洗涤除去未反应的反应物，最后将产物磁簇分散在无水乙醇中，备用；
(2)在合成磁簇的基础上，制备配位聚合物包覆的具有核壳结构的磁簇；
采取配位聚合物沉淀包覆的方法，首先，将磁簇和金属离子(如Zn2+，Fe3+等)在溶剂中混合，再加入ALA，使其与金属离子发生配位聚合，形成的配位聚合物链由于溶解性差而沉淀到磁簇表面，逐渐形成聚集体，最后通过熟化在磁簇表面得到明显的片状结构；
本发明的实施例中：将50-200mg磁簇、15-50mL甲醇、0.1-0.8g硝酸盐加入三口烧瓶中；另外，将0.1-0.25gALA盐酸盐溶解在2-10mL浓度为0.1-1M的氢氧化物溶液中；将后者以1-5mL/h的速度逐滴加入三口烧瓶中，在反应温度为50-90℃下机械搅拌1-4h；反应结束后，利用磁分离得到以ALA作为自支撑材料的具有核壳结构的磁簇，并用无水乙醇和去离子水除去未反应的反应物；然后放入冷冻干燥机中进行干燥，制得具有核壳结构的磁性胶体纳米晶簇。
本发明中，所述的醋酸盐为醋酸钠、醋酸钾、醋酸锂、醋酸镁和醋酸铵中的一种；所述的硝酸盐为硝酸锌、硝酸铁和硝酸镁中的一种；所述的氢氧化物为氢氧化钠、氢氧化钾、氢氧化镁、氢氧化锂中的一种。
本发明中，所述的配位聚合反应体系中，硝酸盐及ALA盐酸盐的浓度之和为10mg/mL到50mg/mL之间。
本发明中，所述的硝酸盐用量与所述硝酸盐及ALA盐酸盐用量总和的百分比值为大于等于40wt％。
本发明中，所述的磁簇的用量与磁簇、硝酸盐和ALA盐酸盐用量总和的百分比值在3wt％到15wt％之间。
本发明中，具有核壳结构的磁性胶体纳米晶簇制成不同ALA负载量的核壳结构Fe3O4-ALA微球。
本发明中，采用所述的制备方法获得的以ALA作为自支撑材料的具有核壳结构磁性胶体纳米晶簇对膀胱癌细胞进行体外治疗实验，本发明的实施例中，采用如下实验步骤：膀胱癌细胞系T24培养于含10％的胎牛血清100U/m1青霉素和100μg/m1链霉素的RPMI-1640培养基中，置于37℃、5％CO2的细胞培养箱中培养；然后细胞接种96孔板，加入合成的不同浓度的以ALA作为自支撑材料的具有核壳结构的磁簇和对照样品，孵育3h，650nm红光照射，继续孵育24h，MTT检测；实验结果显示，ALA分子能够被膀胱癌细胞特异性吸收，且所述的ALA分子对膀胱癌具有光动力学治疗效果。
本发明的以ALA作为自支撑材料的具有核壳结构磁性胶体纳米晶簇可用于治疗膀胱癌或制备治疗膀胱癌的药物制剂。
本发明制备的以ALA作为自支撑材料的具有核壳结构磁性胶体纳米晶簇具有以下优点：
(1)通过反应条件的控制，实现不同厚度的ALA配位聚合物壳层，因此，可得到可控的高负载量；
(2)由于该自支撑的壳层完全是由ALA与金属离子构筑，因此使得载体表面获得高浓度的ALA分布，能显著提高载体的靶向性效果；
(3)所述的配位聚合物能在PBS中稳定存在，在弱酸性的条件下逐渐分解，从而可以实现ALA在癌细胞微酸性环境中的缓慢释放。
本发明所述的以ALA作为自支撑材料的具有核壳结构磁性胶体纳米晶簇能实现双重靶向提高靶向的特异性，且ALA本身具有光动力学治疗的效果，从而可增强膀胱癌的治疗效果，本发明为膀胱癌的治疗提供一个全新的手段，具有重要的临床转化价值；同时，所述制备方法可较好地控制配位聚合物壳层的厚度、载药量，应用前景良好。
附图说明
图1显示了ALA负载量为17％的核壳结构Fe3O4-ALA微球，其中，b图为a图所示区域的放大图。
图2显示了Fe3O4-ALA对膀胱癌T24细胞的抑制率。
具体实施方式
实施例1：制备ALA负载量为6％的核壳结构Fe3O4-ALA微球
1、制备琼脂糖稳定的磁簇
将1.08g六水合三氯化铁(FeCl3·6H2O)、1.87g醋酸铵(NH4Ac)和0.4g琼脂糖溶解(分散)在70mL乙二醇中，加入150mL三口烧瓶中，升温至160℃，保温1h，然后趁热将反应物倒入100mL含有聚四氟乙烯内衬的不锈钢高压反应釜中，再将反应釜放置于200℃的烘箱中16h，取出，用自来水使其冷却至室温；用磁分离分离出产物磁簇，并用无水乙醇和去离子水洗涤除去未反应的反应物，最后将产物磁簇分散在无水乙醇中，备用；
2、制备Fe3O4-ALA微球
将40mg磁簇、16mL甲醇、192mg硝酸盐加入三口烧瓶中；另外，将108mgALA盐酸盐溶解在4mL浓度为0.5M的氢氧化钠溶液中；将后者以2mL/h的速度逐滴加入三口烧瓶中，在室温下机械搅拌1.5h；反应结束后，利用磁分离得到以ALA作为自支撑材料的具有核壳结构的磁簇，并用无水乙醇和去离子水除去未反应的反应物；然后放入冷冻干燥机中进行干燥。
实施例2：制备ALA负载量为9％的核壳结构Fe3O4-ALA微球
1、琼脂糖稳定的磁簇的制备方法同上述实施例1的步骤1；
2、核壳结构Fe3O4-ALA的制备方法同上述实施例1的步骤；其区别为：甲醇、六水合硝酸锌、ALA盐酸盐和氢氧化钠溶液的用量分别为：32mL、768mg、216mg和8mL。
实施例3：制备ALA负载量为13％的核壳结构Fe3O4-ALA微球
1、琼脂糖稳定的磁簇的制备方法同上述实施例1的步骤1；
2、核壳结构Fe3O4-ALA的制备方法同上述实施例1的步骤；其区别为：甲醇、六水合硝酸锌、ALA盐酸盐和氢氧化钠溶液的用量分别为：16mL、768mg、216mg和4mL。
实施例4：制备ALA负载量为15％的核壳结构Fe3O4-ALA微球
1、琼脂糖稳定的磁簇的制备方法同上述实施例1的步骤1；
2、核壳结构Fe3O4-ALA的制备方法同上述实施例1的步骤；其区别为：甲醇、六水合硝酸锌、ALA盐酸盐和氢氧化钠溶液的用量分别为：16mL、192mg、216mg和4mL。
实施例5：制备ALA负载量为17％的核壳结构Fe3O4-ALA微球(透射电镜照片如图1所示)
1、琼脂糖稳定的磁簇的制备方法同上述实施例1的步骤1；
2、核壳结构Fe3O4-ALA的制备方法同上述实施例1的步骤；其区别为：甲醇、六水合硝酸锌、ALA盐酸盐和氢氧化钠溶液的用量分别为：16mL、384mg、108mg和4mL。
实施例6：利用ALA负载量为17％的核壳结构Fe3O4-ALA微球进行光疗测试
1、膀胱癌细胞系的培养及处理
膀胱癌细胞系T24培养于含10％的胎牛血清100U/m1青霉素和100μg/m1链霉素的RPMI-1640培养基中，置于37℃、5％CO2的细胞培养箱中培养。设置Fe3O4-ALA组、、ALA组、Fe3O4组，ALA分为三个浓度梯度10μg/m1，50μg/m1，细胞孵育3h，650nm红光照射，红光强度60％，照射300s，继续孵育24h，备用；
2、Fe3O4-ALA对膀胱癌细胞体外治疗作用检测
弃去细胞培养液，每孔加入180μl的新鲜培养液和20μlMTT贮存液(5mg/ml)，充分混匀；弃去上述反应液，每孔加入150μlDMSO；将平板置于微孔板振荡器上振荡10min，充分溶解混匀；酶标仪570nm处读取吸光值；根据吸光值计算细胞抑制率，图2显示了Fe3O4-ALA对膀胱癌T24细胞的抑制率。
Claims (9)
1.一种具有核壳结构的磁性胶体纳米晶簇，其特征在于，所述的磁性胶体纳米晶簇的核为磁性四氧化三铁纳米晶簇，壳为以5-盐酸乙酰氨基丙酸(ALA)作为支撑材料的配位聚合物，所述的配位聚合物包覆具有核壳结构的磁簇。
2.权利要求1的具有核壳结构的磁性胶体纳米晶簇的制备方法，其特征在于，其包括步骤：
(1)以六水合三氯化铁、醋酸盐和琼脂糖为原料，制备琼脂糖稳定的磁性纳米粒子团簇，简称磁簇；
(2)在合成磁簇的基础上，制备配位聚合物包覆的具有核壳结构的磁簇；采取配位聚合物沉淀包覆的方法，将磁簇和金属离子在溶剂中混合，再加入5-盐酸乙酰氨基丙酸，使其与金属离子发生配位聚合，形成的配位聚合物链沉淀到磁簇表面，形成聚集体，最后通过熟化在磁簇表面得到片状结构，制得具有核壳结构的磁性胶体纳米晶簇。
3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)的中：
将0.6-6g六水合三氯化铁、1.8-20g醋酸盐和0.2-2.4g琼脂糖溶解分散在20-80mL乙二醇中，在140-180℃下机械搅拌0.5--2h，然后置于含有聚四氟乙烯内衬的不锈钢高压反应釜中，将反应釜放置于180-220℃的烘箱中14-36h，取出，使其冷却至室温；用磁分离分离出产物磁簇，并用无水乙醇和去离子水洗涤除去未反应的反应物，最后将产物磁簇分散在无水乙醇中，备用。
4.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(2)中：
将50-200mg磁簇、15-50mL甲醇、0.1-0.8g硝酸盐加入三口烧瓶中；将0.1-0.25gALA盐酸盐溶解在4-10mL浓度为0.1-1M的氢氧化物溶液中；将后者以1-5mL/h的速度逐滴加入三口烧瓶中，在反应温度为50-90℃下机械搅拌1-4h；反应结束后，利用磁分离得到以所述的ALA作为自支撑材料的具有核壳结构的磁簇，用无水乙醇和去离子水除去未反应的反应物；放入冷冻干燥机中进行干燥。
5.根据权利要求2-4任一所述的制备方法，其特征在于，所述的醋酸盐选自醋酸钠、醋酸钾、醋酸锂、醋酸镁和醋酸铵中的一种；所述的硝酸盐选自硝酸锌、硝酸铁和硝酸镁中的一种；所述的氢氧化物选自氢氧化钠、氢氧化钾、氢氧化镁、氢氧化锂中的一种。
6.根据权利要求2-4任一所述的制备方法，其特征在于，所述的配位聚合反应体系中，硝酸盐及ALA盐酸盐的浓度之和为10mg/mL～50mg/mL。
7.根据权利要求2-4任一所述的制备方法，其特征在于，所述的硝酸盐的用量与所述硝酸盐及ALA盐酸盐用量总和的百分比值为大于等于40wt％。
8.根据权利要求2-4任一所述的制备方法，其特征在于，所述的磁簇的用量与所述磁簇、硝酸盐和ALA盐酸盐用量总和的百分比值为3wt％～15wt％。
9.权利要求1所述的具有核壳结构的磁性胶体纳米晶簇在制备治疗膀胱癌的药物中的应用。
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