CN105920624A - 一种具有核壳结构的mri及ptt诊疗一体化功能微球及其制备方法 - Google Patents

一种具有核壳结构的mri及ptt诊疗一体化功能微球及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明属于材料科学与生物医用领域，具体涉及一种具有核壳结构的MRI及PTT诊疗一体化功能微球及其制备方法。所述功能微球包括聚吡咯纳米粒子内核及包裹在其外表面的聚多巴胺外壳，所述聚多巴胺外壳上络合有Fe3+，所述聚吡咯纳米粒子与聚多巴胺的重量比为1：3.1‑10.2，所述Fe3+与聚多巴胺的重量比为1：9.3‑11.2。所述制备方法，包括S1.聚吡咯纳米粒子的制备、S2.具有核壳结构的纳米微球的制备和S3.MRI及PTT诊疗一体化功能微球的制备三个步骤。采用生物相容性优异的且无毒的聚吡咯及聚多巴胺制备功能微球，其在人体血液中的稳定性好，且同时具有T1造影效果和光热效果，可用于核磁共振成像(MRI)和光热治疗(PTT)，是一种具有极大潜在价值的诊疗一体化功能材料。

Description

一种具有核壳结构的MRI及PTT诊疗一体化功能微球及其制备方法
技术领域
本发明属于材料科学与生物医用领域，具体涉及一种具有核壳结构的MRI及PTT诊疗一体化功能微球及其制备方法。
背景技术
核磁共振成像(MRI)为一种无损伤医学成像技术，能精确提供软组织的实时图像。通过静脉注射核磁共振造影剂，能凸显病患组织与正常组织的差异，能助于更精确的定位病灶。尽管含钆的造影剂已经临床应用了多年，但是其对肾脏部位的毒副作用已经引起了重视。近年来生物相容性好，毒副作用低的T1造影剂受到越来越多的关注，其中具有T1造影功能，生物相容性优异的聚多巴胺和三价铁离子的络合物得到了广泛的研究。
光热治疗(PTT)是一种先进的肿瘤治疗技术，该技术以其定位准确，毒副作用小，治疗效果显著而逐渐成为肿瘤治疗技术中的热点。通过静脉注射具有较高光热转换效率的纳米粒子，然后于病患部位集中照射红外光，使得肿瘤局部区域温度高于45℃，从而对肿瘤细胞直接造成不可逆转的热损伤。
诊断治疗一体化一直是研究热点。而在光热治疗过程中，将治疗与医学成像结合得到了更广泛的关注，通过实时医学成像可以同时确定病灶部位和判断光热治疗剂是否到达了病患部位，从而在合适的时间针对病患部位予以红外激光照射，从而达到最好的治疗效果。制备具有优异的生物相容性的造影剂和光热治疗剂，并将二者结合制备诊断治疗一体化功能纳米粒子的研究具有重要的意义。
发明内容
本发明提供一种核壳结构的MRI及PTT诊疗一体化功能微球及其制备方法，以克服现有技术中存在的缺少生物相容性好的MRI及PTT诊疗一体化材料的不足。
本发明解决上述技术问题的技术方案如下：一种具有核壳结构的MRI及PTT诊疗一体化功能微球，所述功能微球包括聚吡咯纳米粒子内核及包裹在其外表面的聚多巴胺外壳，所述聚多巴胺外壳上络合有Fe3+，所述聚吡咯纳米粒子与聚多巴胺的重量比为1：3.1-10.2，所述Fe3+与聚多巴胺的重量比为1：9.3-11.2。
在上述技术方案的基础上，本发明还可以有如下更优的选择。
优选的，所述功能微球的粒径为80-120nm。
优选的，所述聚吡咯纳米粒子的粒径为70-100nm。
本发明还提供一种制备上述具有核壳结构的MRI及PTT诊疗一体化功能微球的方法，包括如下步骤：
S1.聚吡咯纳米粒子的制备：以水溶性高分子聚乙烯醇为稳定剂，以Fe3+为氧化剂，吡咯单体滴加至水相中并经氧化聚合得聚吡咯纳米粒子；
S2.具有核壳结构的纳米微球的制备：将S1中制备出的聚吡咯纳米粒子分散于适量去离子水中得分散液，聚吡咯纳米粒子与去离子水的用量比例为4-5mg:10mL，向所述分散液中加入水溶性醇作为稳定剂并加入水溶性碱调节所述分散液的pH至8-9，得碱性混合液，向所述碱性混合液中滴加适量盐酸多巴胺水溶液，所述聚吡咯纳米粒子与所述盐酸多巴胺水溶液中的盐酸多巴胺的重量比例为1：10-15，滴加完成后维持反应温度在0-5℃，反应24h以上，在聚吡咯纳米粒子的外表面形成聚多巴胺外壳，透析滤除小分子，得具有核壳结构的纳米微球的分散液；
S3.MRI及PTT诊疗一体化功能微球的制备：将S2中制得的具有核壳结构的纳米微球的分散液与适量浓度为1-5mg/mL的氯化铁溶液混合，所述具有核壳结构的纳米微球与所述氯化铁溶液中氯化铁的重量比例为9：5-8，常温搅拌1-2h，离心分离，热水洗涤，冻干，即得。
经过对加入和透析出的相关原料重量的分析，可估算出所述具有核壳结构的纳米微球中聚吡咯内核与聚多巴胺外壳的重量比为1：3.1-10.2，所述MRI及PTT诊疗一体化功能微球中Fe3+与聚多巴胺的重量比为1：9.3-11.2。
在上述技术方案的基础上，本发明还可以有如下进一步的具体选择或更优的选择。
优选的，步骤S1中吡咯单体和氧化剂Fe3+的摩尔比为0.65-0.85：1
具体的，步骤S1中聚乙烯醇稳定剂在水相中的质量分数为7.5％,吡咯单体氧化聚合的反应条件为：水浴维持反应温度5℃，闭光反应4h。
具体的，步骤S2中所述的水溶性醇为甲醇、乙醇或丙醇，所述水溶性醇与所述去离子水的体积比为2：5。
具体的，步骤S2中的水溶性碱为浓氨水或Tris-Hcl缓冲液。
具体的，步骤S2中所述透析滤除小分子的具体操作为：采用截留分子量为14000D的透析袋透析三天，透析后得到的具有核壳结构的纳米微球的分散液的质量浓度为0.75-0.95g/L。
具体的，步骤S2中所述的盐酸多巴胺水溶液中盐酸多巴胺的质量分数为4.5％-6.5％。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1.采用生物相容性优异的且无毒的聚吡咯及聚多巴胺制备功能微球，其在人体血液中的稳定性好，且同时具有T1造影效果和光热效果，可用于核磁共振成像(MRI)和光热治疗(PTT)，是一种具有极大潜在价值的诊疗一体化功能材料。
2.该功能微球以聚吡咯纳米粒子为内核，聚吡咯纳米粒子分散在水溶液中后，再让盐酸聚多巴胺在其表面聚合生成聚多巴胺外壳，最后在聚多巴胺外壳上络合Fe3+,该制备过程可有效防止因多巴胺的活性过高引起的过度交联，生成的功能微球粒径均一且其尺寸为纳米级。
3.该功能微球的的制备方法简单，可重复性高，原料来源广泛，成本低，易于推广。
附图说明
图1为实施例1制备出的功能微球的透射电镜图。
图2为实施例1制备出的功能微球运用于实验小鼠的核磁共振造影图。
图3为实施例1制备出的功能微球在不同浓度的条件下，用波长为808nm、能量密度为2W/cm2激光照射下，温度随照射时间的变化曲线。
具体实施方式
以下结合具体实施例和附图对本发明进行进一步的详细描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。
使用本发明提供的方法制备具有核壳结构的MRI及PTT诊疗一体化功能微球，具体过程如以下实施例1至5所示。实施例中用到的药品未作特殊说明均为市售药品，实施例中用到的方法未作详细说明均为常规方法。
实施例1
S1.聚吡咯纳米粒子的制备：称取0.373g(0.00138mol)六水氯化铁溶解于10mL质量份数为7.5％的PVA(聚乙烯醇)水溶液中，于100ML烧瓶中混合搅拌1h，调节水浴锅温度使其维持在5℃，随后滴加69ul(0.000995mol)吡咯单体，于闭光环境下反应4h,15000rmp离心分离，热水洗涤，冻干得到聚吡咯纳米粒子；其中吡咯单体与作为氧化剂的Fe3+的摩尔比为0.72：1；
S2.称取5mg聚吡咯纳米粒子分散于10mL去离子水中，加入4mL乙醇，0.25mL的浓氨水(质量分数约为25％)，搅拌后得pH约为9的碱性混合液中，称取0.05g盐酸多巴胺溶解于1mL的去离子水中得盐酸多巴胺的水溶液(质量分数为4.76％)，将所述盐酸多巴胺溶液全部滴加入上述碱性混合液中，反应温度维持在3℃反应24h，随后选用截留分子量为14000D的透析袋透析三天，得具有核壳结构的纳米微球的分散液，分散液中具有核壳结构的纳米微球的浓度约为0.9g/mL；
S3.MRI及PTT诊疗一体化功能微球的制备：量取步骤S2制得的具有核壳结构的纳米微球的分散液10mL与5mL浓度为1mg/mL的氯化铁溶液于常温下混合搅拌1h,15000rmp离心分离，热水洗涤，冻干，即得MRI及PTT诊疗一体化功能微球。
以下通过具体试验对实施例1制备出的具有核壳结构的MRI及PTT诊疗一体化功能微球的相关性能进行检测：
选取实施例1中的冻干样品1mg存放于5mL塑料离心管并加入4mL去离子水，超声分散10min，然后滴加在铜网上，待自然干透，使用型号为TecnaiG20的透射电镜进行观察。测试结果如图1所示，可以发现功能微球能均匀分散于水中，壳结构明显粒径均一，具有40-50nm的聚吡咯核，整体粒径约100-120nm。
选取实施例一中的冻干样品10mg超声分散于3mL生理盐水中，通过尾静脉注射到4T1(小鼠乳腺癌)肿瘤模型的昆明小鼠体内，注射量为0.2ml。然后在不同的时间点，通过临床用3T Siemens Magnetom Trio核磁共振成像成像设备进行小鼠活体成像，结果如图2所示，可见注射后小鼠的肿瘤部位随时间推移逐渐变亮，说明该功能微球能够被用作核磁共振成像中的T1造影剂。
使用实施例1制备出的具有核壳结构的MRI及PTT诊疗一体化功能微球和去离子水，配制浓度为5μg/mL、10μg/mL、20μg/mL、30μg/mL、40μg/mL、50μg/mL、60μg/mL的分散液，并以不含所述功能微球的去离子水为对照组，用波长为808nm，能量密度为2W/cm2激光照射各分散液和对照组，并测定不同时间段的其温度的变化，测试结果如图3所示，可见本发明制备出的功能微球具有核壳结构的MRI及PTT诊疗一体化功能微球在激光照下，当其浓度在10μg/mL以上时具有较好的光热效果：大约300s照射时间即可升温至45℃以上，且随着照射时间的增长，温度还可继续升高，可起到灭杀肿瘤细胞的作用，具有极大的潜在应用价值。
实施例2
S1.聚吡咯纳米粒子的制备：称取0.373g(0.00138mol)六水氯化铁溶解于10mL质量份数为7.5％的PVA(聚乙烯醇)水溶液中，于100ML烧瓶中混合搅拌1h，调节水浴锅温度使其维持在5℃，随后滴加62ul(0.000897mol)吡咯单体，于闭光环境下反应4h,15000rmp离心分离，热水洗涤，冻干得到聚吡咯纳米粒子；其中吡咯单体与作为氧化剂的Fe3+的摩尔比为0.65：1；
S2.称取4mg聚吡咯纳米粒子分散于10mL去离子水中，加入4mL甲醇，0.25mL的浓氨水(质量分数约为25％)，搅拌后得pH约为9的碱性混合液中，称取0.047g盐酸多巴胺溶解于1mL的去离子水中得盐酸多巴胺的水溶液(质量分数为4.5％)，将所述盐酸多巴胺溶液全部滴加入上述碱性混合液中，反应温度维持在0℃反应30h，随后选用截留分子量为14000D的透析袋透析三天，得具有核壳结构的纳米微球的分散液，分散液中具有核壳结构的纳米微球的浓度约为0.9g/mL；
S3.MRI及PTT诊疗一体化功能微球的制备：量取步骤S2制得的具有核壳结构的纳米微球的分散液10mL与4mL浓度为2mg/mL的氯化铁溶液于常温下混合搅拌1h,15000rmp离心分离，热水洗涤，冻干，即得MRI及PTT诊疗一体化功能微球。
实施例3
S1.聚吡咯纳米粒子的制备：称取0.373g(0.00138mol)六水氯化铁溶解于10mL质量份数为7.5％的PVA(聚乙烯醇)水溶液中，于100ML烧瓶中混合搅拌1h，调节水浴锅温度使其维持在5℃，随后滴加81ul(0.001173mol)吡咯单体，于闭光环境下反应4h,15000rmp离心分离，热水洗涤，冻干得到聚吡咯纳米粒子；其中吡咯单体与作为氧化剂的Fe3+的摩尔比为0.85：1；
S2.称取5mg聚吡咯纳米粒子分散于10mL去离子水中，加入4mL丙醇，0.45mL的浓氨水(质量分数约为25％)，搅拌后得pH约为8的碱性混合液中，称取0.07g盐酸多巴胺溶解于1mL的去离子水中得盐酸多巴胺的水溶液(质量分数为6.5％)，将所述盐酸多巴胺溶液全部滴加入上述碱性混合液中，反应温度维持在5℃反应24h，随后选用截留分子量为14000D的透析袋透析三天，得具有核壳结构的纳米微球的分散液，分散液中具有核壳结构的纳米微球的浓度约为0.95g/mL；
S3.MRI及PTT诊疗一体化功能微球的制备：量取步骤S2制得的具有核壳结构的纳米微球的分散液10mL与2mL浓度为5mg/mL的氯化铁溶液于常温下混合搅拌1h,15000rmp离心分离，热水洗涤，冻干，即得MRI及PTT诊疗一体化功能微球。
实施例4
S1.聚吡咯纳米粒子的制备：称取0.373g(0.00138mol)六水氯化铁溶解于10mL质量份数为7.5％的PVA(聚乙烯醇)水溶液中，于100ML烧瓶中混合搅拌1h，调节水浴锅温度使其维持在5℃，随后滴加69ul(0.000995mol)吡咯单体，于闭光环境下反应4h,15000rmp离心分离，热水洗涤，冻干得到聚吡咯纳米粒子；其中吡咯单体与作为氧化剂的Fe3+的摩尔比为0.72：1；
S2.称取5mg聚吡咯纳米粒子分散于10mL去离子水中，加入4mL乙醇，1mL的pH为10的Tris-Hcl缓冲液，搅拌后得pH约为9的碱性混合液中，称取0.05g盐酸多巴胺溶解于1mL的去离子水中得盐酸多巴胺的水溶液(质量分数为4.76％)，将所述盐酸多巴胺溶液全部滴加入上述碱性混合液中，反应温度维持在3℃反应24h，随后选用截留分子量为14000D的透析袋透析三天，得具有核壳结构的纳米微球的分散液，分散液中具有核壳结构的纳米微球的浓度约为0.95g/mL；
S3.MRI及PTT诊疗一体化功能微球的制备：量取步骤S2制得的具有核壳结构的纳米微球的分散液10mL与3mL浓度为3mg/mL的氯化铁溶液于常温下混合搅拌1.5h,15000rmp离心分离，热水洗涤，冻干，即得MRI及PTT诊疗一体化功能微球。
实施例5
S1.聚吡咯纳米粒子的制备：称取0.373g(0.00138mol)六水氯化铁溶解于10mL质量份数为7.5％的PVA(聚乙烯醇)水溶液中，于100ML烧瓶中混合搅拌1h，调节水浴锅温度使其维持在5℃，随后滴加75ul(0.001081mol)吡咯单体，于闭光环境下反应4h,15000rmp离心分离，热水洗涤，冻干得到聚吡咯纳米粒子；其中吡咯单体与作为氧化剂的Fe3+的摩尔比为0.78：1；
S2.称取5mg聚吡咯纳米粒子分散于10mL去离子水中，加入4mL乙醇，1mL的pH为10的Tris-Hcl缓冲液，搅拌后得pH约为9的碱性混合液中，称取0.05g盐酸多巴胺溶解于1mL的去离子水中得盐酸多巴胺的水溶液(质量分数为4.76％)，将所述盐酸多巴胺溶液全部滴加入上述碱性混合液中，反应温度维持在3℃反应24h，随后选用截留分子量为14000D的透析袋透析三天，得具有核壳结构的纳米微球的分散液，分散液中具有核壳结构的纳米微球的浓度约为0.95g/mL；
S3.MRI及PTT诊疗一体化功能微球的制备：量取步骤S2制得的具有核壳结构的纳米微球的分散液10mL与4mL浓度为2mg/mL的氯化铁溶液于常温下混合搅拌2h,15000rmp离心分离，热水洗涤，冻干，即得MRI及PTT诊疗一体化功能微球。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种具有核壳结构的MRI及PTT诊疗一体化功能微球，其特征在于，所述功能微球包括聚吡咯纳米粒子内核及包裹在其外表面的聚多巴胺外壳，所述聚多巴胺外壳上络合有Fe3+，所述聚吡咯纳米粒子与聚多巴胺的重量比为1：3.1-10.2，所述Fe3+与聚多巴胺的重量比为1：9.3-11.2。
2.根据权利要求1所述的一种具有核壳结构的MRI及PTT诊疗一体化功能微球，其特征在于，所述功能微球的粒径为80-120nm。
3.根据权利要求1所述的一种具有核壳结构的MRI及PTT诊疗一体化功能微球，其特征在于，所述聚吡咯纳米粒子的粒径为70-100nm。
4.一种如权利要求1至3任一项所述的具有核壳结构的MRI及PTT诊疗一体化功能微球的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1.聚吡咯纳米粒子的制备：以水溶性高分子聚乙烯醇为稳定剂，以Fe3+为氧化剂，吡咯单体滴加至水相中并经氧化聚合得聚吡咯纳米粒子；
S2.具有核壳结构的纳米微球的制备：将S1中制备出的聚吡咯纳米粒子分散于适量去离子水中得分散液，聚吡咯纳米粒子与去离子水的用量比例为4-5mg:10mL，向所述分散液中加入水溶性醇作为稳定剂并加入水溶性碱调节所述分散液的pH至8-9，得碱性混合液，向所述碱性混合液中滴加适量盐酸多巴胺水溶液，所述聚吡咯纳米粒子与所述盐酸多巴胺水溶液中的盐酸多巴胺的重量比例为1：10-15，滴加完成后维持反应温度在0-5℃，反应24h以上，在聚吡咯纳米粒子的外表面形成聚多巴胺外壳，透析滤除小分子，得具有核壳结构的纳米微球的分散液；
S3.MRI及PTT诊疗一体化功能微球的制备：将S2中制得的具有核壳结构的纳米微球的分散液与适量浓度为1-5mg/mL的氯化铁溶液混合，所述具有核壳结构的纳米微球与所述氯化铁溶液中氯化铁的重量比例为9：5-8，常温搅拌1-2h，离心分离，热水洗涤，冻干，即得。
5.根据权利要求4所述的一种具有核壳结构的MRI及PTT诊疗一体化功能微球的制备方法，其特征在于，步骤S1中吡咯单体和氧化剂Fe3+的摩尔比为0.65-0.85：1。
6.根据权利要求4所述的一种具有核壳结构的MRI及PTT诊疗一体化功能微球的制备方法，其特征在于，步骤S1中聚乙烯醇稳定剂在水相中的质量分数为7.5％,吡咯单体氧化聚合的反应条件为：水浴维持反应温度5℃，闭光反应4h。
7.根据权利要求4所述的一种具有核壳结构的MRI及PTT诊疗一体化功能微球的制备方法，其特征在于，步骤S2中所述的水溶性醇为甲醇、乙醇或丙醇，所述水溶性醇与所述去离子水的体积比为2：5。
8.根据权利要求4所述的一种具有核壳结构的MRI及PTT诊疗一体化功能微球的制备方法，其特征在于，步骤S2中的水溶性碱为浓氨水或Tris-Hcl缓冲液。
9.根据权利要求4所述的一种具有核壳结构的MRI及PTT诊疗一体化功能微球的制备方法，其特征在于，步骤S2中所述透析滤除小分子的具体操作为：采用截留分子量为14000D的透析袋透析三天，透析后得到的具有核壳结构的纳米微球的分散液的质量浓度为0.75-0.95g/L。
10.根据权利要求4至9任一项所述的一种具有核壳结构的MRI及PTT诊疗一体化功能微球的制备方法，其特征在于，步骤S2中所述的盐酸多巴胺水溶液中盐酸多巴胺的质量分数为4.5％-6.5％。
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