CN105435226A - 一种抗肿瘤纳米复合粒子及其制备方法和应用 - Google Patents
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Abstract
本发明属于纳米复合材料领域,特别涉及一种抗肿瘤纳米复合粒子及其制备方法和应用,所述复合粒子以二氧化硅纳米粒子为核,核的粒径为200-650nm,在核的表面包覆有金纳米粒子和石墨烯的混合壳层,壳的厚度为40-80nm。所述抗肿瘤纳米复合粒子的分散性好,可搭载抗肿瘤药物,且载药量大。所述抗肿瘤纳米复合粒子生物相容性高、副作用小,且具有良好的光热作用,在780nm的激光作用下,对于肿瘤细胞的杀伤力显著,可用于光热治疗。本发明的制备工艺简单、反应温和、绿色环保。
Description
技术领域
本发明属于纳米复合材料领域,特别涉及一种抗肿瘤纳米复合粒子及其制备方法和应用。
背景技术
纳米技术的出现和迅速发展为肿瘤的治疗提供了新的研究方向,尤其是多功能纳米粒子,被认为在肿瘤治疗方面具有极大的发展潜力。利用纳米粒子可以实现载药、靶向、光热等多种模式相结合的肿瘤治疗方案。目前,研发一种生物相容性好、光热转换效率高、载药量大以及药物缓释可控的抗肿瘤纳米粒子是该研究领域的重点发展方向。
光热治疗是一种新的肿瘤治疗方法。其基本原理是将光热诱导剂纳米粒子富集在肿瘤部位,利用近红外激光照射(700—1000nm),纳米粒子可以吸收光能,利用光热转换效应升高局部温度。由于肿瘤细胞对温度较正常细胞敏感,易被选择性杀伤而不影响正常细胞功能。因此,与传统肿瘤化疗方法相比,光热疗法具有高选择性、微创性、副作用小等优点。金纳米粒子由于细胞毒性低、稳定性好、光热转换效率高等优点,适合作为诱导剂用于肿瘤的光热治疗备受关注。
由于抗肿瘤药物本身的毒副作用严重限制了化疗药物的使用剂量和次数。为了提高肿瘤的治疗效率,利用纳米粒子载体靶向输送化疗药物,可有效增加肿瘤组织局部药物浓度,提高药物的利用率和疗效。其中靶向作用可以分为主动靶向和被动靶向。主动靶向是指载药纳米粒子表面连接有特异探针可以识别肿瘤细胞,而被动靶向是利用肿瘤血管内皮细胞间隙(100-780nm)与正常组织细胞间隙(5-10nm)的差别,通过控制载药纳米粒子的粒径大小实现被动靶向。氧化石墨烯具有比表面积大,细胞毒性低,较好的水溶性及低生产成本等优点,使其成为生物相容性良好的载药纳米材料而应用于生物医学领域。
因此,本领域迫切需要一种在生物环境下分散性好、生物相容性高、副作用小的多功能抗肿瘤光热载药纳米粒子。
发明内容
本发明的目的是提供一种抗肿瘤纳米复合粒子,该纳米粒子具有光热、载药功能,可搭载抗癌药物,且载药量大。
本发明的另一个目的是提供上述抗肿瘤纳米复合粒子的制备方法。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现:
一种抗肿瘤纳米复合粒子,其特征在于:所述复合粒子以二氧化硅纳米粒子为核,核的粒径为200-650nm,在核的表面包覆有金纳米粒子和石墨烯的混合壳层,壳的厚度为40-80nm。优选的,所述核的粒径为200-250nm。
上述抗肿瘤纳米复合粒子的制备方法,其步骤包括:
(1)在甲醇和正丁醇的混合溶液中依次滴入正硅酸乙酯和氨水,反应1-3小时后离心处理,将样品分散在无水乙醇中,形成二氧化硅乙醇溶液;
(2)在步骤(1)中的二氧化硅乙醇溶液中加入3-氨基丙基三甲氧基硅烷,95℃回流反应1-3小时后离心处理,样品分散在无水乙醇中,形成氨基化二氧化硅乙醇溶液;
(3)氮气氛围中,在碱性水溶液中加入四羟甲基氯化磷溶液,搅拌4-7分钟,加入氯金酸溶液,水浴20-28℃,搅拌8-12小时,形成金种溶液,0-4℃密封保存;
优选的,在高纯水中加入NaOH,搅拌,形成碱性水溶液,再加入四羟甲基氯化磷溶液,搅拌5分钟,加入氯金酸溶液,水浴25℃,搅拌8-12小时,形成金种溶液,4℃密封保存。优选的,高纯水和NaOH的加入量配比为150mL:1mmol。
(4)向步骤(3)中的金种溶液中加入步骤(2)的氨基化二氧化硅乙醇溶液,超声处理3-6分钟,20-28℃水浴静置1-3小时,离心沉淀,并将固体分散在超纯水中形成Au-APTMS-SiO2溶液;
(5)将18-26℃的搅拌条件下,在碳酸钾和氯金酸的混合溶液中滴加步骤(4)中的Au-APTMS-SiO2溶液,搅拌3-6分钟后加入甲醛,继续搅拌9-11分钟后进行离心处理,并将离心的固体分散在超纯水中,得到SiO2Au水溶液;
(6)在18-26℃条件下,向SiO2Au水溶液中,加入聚乙二醇修饰剂溶液,搅拌20-40s后,将反应液在0-4℃条件下静置8-12小时;
(7)超声条件下,向步骤(6)的反应液中加入氧化石墨烯溶液,18-26℃条件下搅拌8-12小时,离心,分散在超纯水中,形成SiO2AuGO分散液。
所述步骤(1)中,甲醇、正丁醇、正硅酸乙酯和氨水的体积比为1:3:0.01-0.08:0.1-0.5。优选的,所述甲醇、正丁醇、正硅酸乙酯和氨水的体积比为1:3:0.05:0.2。合适的加入量配比,对于制备出的二氧化硅纳米粒子的均匀度和粒径都有影响。
所述正硅酸乙酯与无水乙醇的体积比为1:50-200。优选的,所述正硅酸乙酯与无水乙醇的体积比为1:200。
所述步骤(2)中,二氧化硅乙醇溶液与3-氨基丙基三甲氧基硅烷的体积比为450-550:1。优选的,二氧化硅乙醇溶液与3-氨基丙基三甲氧基硅烷的体积比为500:1。
所述步骤(3)中,四羟甲基氯化磷与氯金酸的摩尔比为1:30-40,四羟甲基氯化磷的浓度为1.2mmol/L,氯金酸的浓度为25mmol/L。优选的,四羟甲基氯化磷与氯金酸的摩尔比为1:34-36。
所述步骤(4)中,金种溶液和氨基化二氧化硅乙醇溶液体积比为5:1-3。
所述步骤(5)中,碳酸钾和氯金酸的体积比为60-70:1,氯金酸与Au-APTMS-SiO2溶液的加入量比为1×10-3×10-3mmol:5mL。优选的,碳酸钾的浓度为25mmol/L,氯金酸的浓度为1.8mmol/L,氯金酸与Au-APTMS-SiO2溶液的加入量比为1.2×10-3-2×10-3mmol:5mL。合适的氯金酸与Au-APTMS-SiO2溶液的加入量比,有利于Au-APTMS-SiO2纳米粒子表面生成致密均匀的金层,从而制备出粒径均一且分散性良好的SiO2Au核壳纳米粒子。本步骤中制备得到的纳米粒子具有光热作用。
所述步骤(6)中,SiO2Au水溶液与聚乙二醇(NH2-PEG-COOH)修饰剂的加入量比为1mL:5×10-7-5×10-9mol。优选的,SiO2Au水溶液与聚乙二醇(NH2-PEG-COOH)修饰剂的加入量比为1mL:5×10-8mol。进一步优选的,所述聚乙二醇修饰剂溶液的浓度为5×10-4mol/L。
所述步骤(7)中,反应液和氧化石墨的加入量80-120:μL:1μg。优选的,所述反应液和氧化石墨烯的加入量100μL:1μg。进一步优选的,所述氧化石墨烯溶液的浓度为1000μg/mL。反应液和氧化石墨烯溶液的合适的配比,有利于SiO2Au纳米粒子的外表面均匀包覆石墨烯层,提高粒子的生物相容性及载药量。
上述抗肿瘤纳米复合粒子可以用在抗肿瘤药物载体中。其应用方法为,室温条件下,向2mL1mg/mL的SiO2AuGO分散液中加入0.2mL5mmol/L的抗肿瘤药物溶液,比如多西他赛的二甲基亚砜,搅拌24h。将反应液进行离心处理,以除去未溶解和未吸附的固体药物,离心后进行真空冷冻干燥,得到具有光热作用的SiO2AuGO载药纳米粒子。
与现有技术相比,本发明的有益效果在于:
1、所述抗肿瘤纳米复合粒子的分散性好,可搭载抗肿瘤药物,且载药量大。
2、所述抗肿瘤纳米复合粒子生物相容性高、副作用小,且光热转换效率高,可用于光热治疗,对于肿瘤细胞的杀伤力显著。
3、本发明的制备工艺简单、反应温和、绿色环保。
附图说明
图1是实施例1中制得的二氧化硅纳米粒子的扫描电镜图。
图2是实施例1中制得的Au-APTMS-SiO2纳米粒子的透射图。
图3是实施例1中制得的二氧化硅金核壳纳米粒子的紫外吸收图谱。
图4是实施例1中制得的SiO2AuGO纳米粒子的透射图。
图5是实施例2中的SiO2AuGO纳米粒子在应用在前列腺癌DU145中,荧光显微镜观察的对照组与实验组的前列腺癌DU145细胞形态图。
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)制备二氧化硅纳米粒子(SiO2)
室温搅拌条件下,向10ml甲醇和30ml正丁醇的混合液中,分别滴入一0.5mL的正硅酸乙酯(TEOS)和2mL的氨水(NH4OH),反应2h后离心处理,样品分散在100mL无水乙醇中,备用。图1中是制备得到的二氧化硅纳米粒子的扫描电镜图片,图中粒子粒径为220nm左右,而且粒径均一、呈规则的球形。
(2)制备氨基化的二氧化硅纳米粒子(APTMS-SiO2)
搅拌条件下,向上述制备的100mL的二氧化硅乙醇溶液中加入50ul的3-氨基丙基三甲氧基硅烷(APTMS),95°回流反应2h后进行离心,样品分散在无水乙醇中,备用。
(3)金种的制备(THPC-Au)
搅拌条件下,氮气氛围中,向180ml高纯水中加入1.2ml1mol/L的NaOH,将溶液搅拌,再向其中加入4ml1.2mmol/L的四羟甲基氯化磷(THPC)溶液,继续搅拌5min后再加入6.75mL25mmol/L的HAuCl4,水浴25℃搅拌过夜,反应后的金种溶液4℃密封保存,备用。
(4)金种吸附在二氧化硅表面(Au-APTMS-SiO2)
超声条件下,向步骤(3)中的5mL金种溶液中滴加1mL氨基化二氧化硅(APTMS-SiO2)的乙醇溶液,继续超声5min后水浴静置2h。离心处理所得固体分散在5mL的超纯水中,备用。具体如图2所示,图2为Au-APTMS-SiO2纳米粒子的透射图。(TEM)
(5)二氧化硅金核壳纳米粒子的制备(SiO2Au)
室温搅拌条件下,向60mL碳酸钾(K2CO3,25mmol/L)和氯金酸(HAuCl4,1.8mmol/L)的混合溶液(K2CO3和氯金酸体积比为67:1)中滴加5mlAu-APTMS-SiO2溶液,搅拌5min后加入200μL甲醛,继续搅拌10min后进行离心处理,所得样品分散在5mL的超纯水中,备用。
图3为本实施例中制备的二氧化硅金核壳纳米粒子的紫外吸收图谱。
(6)用NH2-PEG-COOH修饰SiO2Au纳米粒子
室温条件下,向1mlSiO2Au水溶液中,加入100μL5×10-4mol/L的NH2-PEG-COOH(聚乙二醇修饰剂)溶液,搅拌30s后,将反应液在4℃条件下静置过夜,备用。
(7)二氧化硅金核壳纳米粒子表面包覆石墨烯(SiO2AuGO)
超声条件下,向步骤(6)中的200μL的NH2-PEG-COOH修饰SiO2Au纳米粒子溶液中加入20μL1000μg/mL的氧化石墨烯溶液,室温条件下搅拌过夜。离心后的固体分散在超纯水中,形成SiO2AuGO分散液,以备下步使用。图4为本实施例中制备的SiO2AuGO纳米粒子的透射图片,从图中可看出,在SiO2Au纳米粒子的表面均匀包覆了一层石墨烯层。
实施例2
室温条件下,向2mL1mg/mL的SiO2AuGO分散液中加入0.2mL5mmol/L的多西他赛的二甲基亚砜溶液,搅拌24h。将反应液进行离心处理,以除去未溶解和未吸附的固体药物,离心后进行真空冷冻干燥,得到具有光热作用的SiO2AuGO载药纳米粒子。
SiO2AuGO载药纳米粒子对前列腺癌细胞DU145的光热治疗的测试:
将处于对数生长期的前列腺肿瘤DU145细胞按4000个/孔的密度接种于96孔板,共培养10孔,每孔均加入150μLF-12全培养基,在5%CO2、37℃、饱和湿度的培养箱中培养24h后吸弃培养皿中的培养液,用100μLPBS冲洗2次。然后向其中5孔加入150μL正常F-12全培养基作为对照组,另外5孔加入150μL含SiO2AuGO载药纳米粒子的F-12全培养基作为实验组。利用近红外激光780nm,以35W/cm2功率分别照射对照组和实验组10min。激光照射结束后,将细胞放入5%CO2、37℃、饱和湿度的培养箱中培养2h后取出,吸弃培养皿中的培养液,用100μLPBS冲洗2次。然后向每孔中加入150μL4μM碘化丙啶染色溶液,其中碘化丙啶染色液使用PBS配制。将两组细胞放入培养箱中孵育2h。荧光显微镜观察两组细胞形态变化及染色情况。图5为荧光显微镜观察的对照组与实验组前列腺癌DU145细胞形态图,其中图5a和图5b分别为对照组的暗场和明场,图5c和图5d分别为实验组的暗场和明场
从图5中可看出,实验组的DU145细胞明显减少,说明所制备的SiO2AuGO纳米颗粒搭载多西他赛后,在780nm的近红外激光照射下,DU145细胞明显减少,说明其能用于肿瘤的光热治疗。
Claims (10)
1.一种抗肿瘤纳米复合粒子,其特征在于:所述复合粒子以二氧化硅纳米粒子为核,核的粒径为200-650nm,在核的表面包覆有金纳米粒子和石墨烯的混合壳层,壳的厚度为40-80nm。
2.权利要求1所述的抗肿瘤纳米复合粒子的制备方法,其步骤包括:
(1)在甲醇和正丁醇的混合溶液中依次滴入正硅酸乙酯和氨水,反应1-3小时后离心处理,将样品分散在无水乙醇中,形成二氧化硅乙醇溶液;
(2)在步骤(1)中的二氧化硅乙醇溶液中加入3-氨基丙基三甲氧基硅烷,95℃回流反应1-3小时后离心处理,样品分散在无水乙醇中,形成氨基化二氧化硅乙醇溶液;
(3)氮气氛围中,在碱性水溶液中加入四羟甲基氯化磷溶液,搅拌4-7分钟,加入氯金酸溶液,水浴20-28℃,搅拌8-12小时,形成金种溶液,0-4℃密封保存;
(4)向步骤(3)中的金种溶液中加入步骤(2)的氨基化二氧化硅乙醇溶液,超声处理3-6分钟,20-28℃水浴静置1-3小时后,离心处理,并将沉淀分散在超纯水中形成Au-APTMS-SiO2水溶液;
(5)在18-26℃的搅拌条件下,将碳酸钾和氯金酸的混合溶液中滴加步骤(4)中的Au-APTMS-SiO2溶液,搅拌3-6分钟后加入甲醛,继续搅拌9-11分钟后进行离心处理,并将离心的固体分散在超纯水中,得到SiO2Au核壳纳米粒子的水溶液;
(6)在18-26℃条件下,向SiO2Au水溶液中,加入聚乙二醇修饰剂溶液,搅拌20-40s后,将反应液在0-4℃条件下静置8-12小时;
(7)超声条件下,向步骤(6)的反应液中加入氧化石墨烯溶液,18-26℃条件下搅拌8-12小时,离心即可。
3.根据权利要求2所述的抗肿瘤纳米复合粒子的制备方法,其特征在于:所述步骤(1)中,甲醇、正丁醇、正硅酸乙酯和氨水的体积比为1:3:0.01-0.08:0.1-0.5,所述正硅酸乙酯与无水乙醇的体积比为1:50-200。
4.根据权利要求2所述的抗肿瘤纳米复合粒子的制备方法,其特征在于:所述步骤(2)中,二氧化硅乙醇溶液与3-氨基丙基三甲氧基硅烷的体积比为450-550:1。
5.根据权利要求2所述的抗肿瘤纳米复合粒子的制备方法,其特征在于:所述步骤(3)中,四羟甲基氯化磷与氯金酸的摩尔比为1:30-40,四羟甲基氯化磷的浓度为1.2mmol/L,氯金酸的浓度为25mmol/L。
6.根据权利要求2所述的抗肿瘤纳米复合粒子的制备方法,其特征在于:所述步骤(4)中,金种溶液和氨基化二氧化硅乙醇溶液体积比为5:1-3。
7.根据权利要求2所述的抗肿瘤纳米复合粒子的制备方法,其特征在于:所述步骤(5)中,碳酸钾和氯金酸的体积比为60:70-1,氯金酸与Au-APTMS-SiO2溶液的加入量比为1×10-3-3×10-3mmol:5mL。
8.根据权利要求2所述的抗肿瘤纳米复合粒子的制备方法,其特征在于:所述步骤(6)中,SiO2Au水溶液与聚乙二醇修饰剂的加入量配比为1mL:5×10-7-5×10-9mol。
9.根据权利要求2所述的抗肿瘤纳米复合粒子的制备方法,其特征在于:所述步骤(7)中,反应液和氧化石墨烯的加入量体积比为80-120μL:1μg。
10.权利要求1所述的抗肿瘤纳米复合粒子在抗肿瘤药物载体中的应用。
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