CN106668858B - 一种可降解光热转换纳米材料的降解方法 - Google Patents

一种可降解光热转换纳米材料的降解方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种光热转换纳米材料的降解方法。包括如下步骤：将光热转换纳米材料和小分子化合物混合进行反应，降解光热转换纳米材料，其中，所述光热转换纳米材料为含有氧化性金属离子的光热转换纳米材料，所述小分子化合物为具有还原性的小分子化合物。该光热转换纳米材料可以通过小分子化合物进行快速、高效降解，并通过肾脏代谢，减小肝部负担，能够有效的避免现有的无机光热转换纳米材料潜在纳米毒性的问题。

Description

一种可降解光热转换纳米材料的降解方法
技术领域
本发明属于新型材料领域，具体涉及一种可降解光热转换纳米材料的降解方法。
背景技术
光热转换的纳米材料是一种能吸收某种光尤其是近红外光，通过等离子体共振或者能量跃迁带产生的热，从而在局部导致高温，最终杀死肿瘤细胞的功能材料，光热转化的功能材料由于能将近红外光转换成高热而倍受青睐，在生物应用上成为研究热点。很多生物材料学者致力于合成这种材料，将它应用于光热治疗等。光热转换材料在生物医学上具有很大的应用潜能。但是由于存在潜在的纳米毒性，因此可降解的纳米材料的开发将成为未来光热转换纳米材料领域的热点。
发明内容
本发明的目的是提供一种光热转换纳米材料的降解方法。
本发明所提供的降解方法，包括如下步骤：将光热转换纳米材料和小分子化合物混合进行反应，即达到降解光热转换纳米材料的目的，其中，所述光热转换纳米材料为含有氧化性金属离子的光热转换纳米材料，所述小分子化合物为具有强还原性的小分子化合物。
上述降解方法中，所述含有氧化性金属离子的光热转换纳米材料为含有氧化性金属离子的无机光热转换纳米材料。
所述含有氧化性金属离子的光热转换纳米材料中的氧化性金属离子具体可选自Fe3+，Co3+，Ni3+，Mn3+，Mn4+和Cu2+中的至少一种，但不局限于此，其它具有氧化性的金属离子亦适用。
所述含有氧化性金属离子的光热转换纳米材料具体可选自氧化性金属离子形成的氧化物、氢氧化物和硫化物中的至少一种，但并不局限于此。
所述含有氧化性金属离子的光热转换纳米材料中氧化性金属离子的质量分数m为0＜m＜100％，具体可为40-75％。
所述含有氧化性金属离子的光热转换纳米材料具体可为纳米颗粒和/或纳米棒，其中，所述纳米颗粒的直径为5nm-999nm，具体可为10-100nm；所述纳米棒的长度为6nm-20μm(具体可为15-20μm)、直径为5nm-999nm(具体可为4-5nm)。
所述含有氧化性金属离子的光热转换纳米材料可通过常规方法制备得到，如：固相法、液相法或气相法等。
所述含有氧化性金属离子的光热转换纳米材料具体可为CoOOH(羟基氧化钴)纳米颗粒、MnO2纳米棒和Mn3O4纳米颗粒中的至少一种。
所述强还原性的小分子化合物具体可选自抗坏血酸(AA)、葡萄糖和还原型谷胱甘肽。
所述反应的反应温度为10-40℃，具体可为25℃，反应时间为0.5-60min，具体可为5-30min。
所述小分子化合物是以小分子化合物水溶液的形式参加反应的，所述小分子化合物水溶液的摩尔浓度为大于1mM(具体可为10-30mM)，具体可为20mM。
所述含有氧化性金属离子的光热转换纳米材料是以含有氧化性金属离子的光热转换纳米材料水溶液的形式参加反应的，所述含有氧化性金属离子的光热转换纳米材料水溶液的摩尔浓度为大于1mM(具体可为5-15mM)，具体可为10mM。
所述小分子化合物水溶液与所述含有氧化性金属离子的光热转换纳米材料水溶液的体积比为(0.5-10)：1，具体可为1：1。
为了判断所述含有氧化性金属离子的光热转换纳米材料是否降解完全，具体可通过如下方法来判断：先测定所述含有氧化性金属离子的光热转换纳米材料的紫外-可见光谱，记为光谱1；再向其中加入所述具有强还原性的小分子化合物，测其紫外-可见光谱，记为光谱2；将光谱2与光谱1对比，若光谱2中的最高峰值与最低峰值差的比值小于5％时，表明其分解完全。
所述紫外-可见光谱是通过紫外-可见光谱仪进行检测的，型号为UV-3600，购自岛津(中国)有限公司。
利用本发明的方法，可将所述光热转换纳米材料应用于肿瘤的光热治疗，如结肠肿瘤、肝部肿瘤或肺部肿瘤，具有很好的治疗效果，可进行体内降解。
所述光热转换纳米材料在体内通过小分子化合物降解后可通过肾脏代谢。
本发明运用含有氧化性金属离子的光热转换纳米材料与小分子化合物的氧化还原反应实现对纳米材料的快速、高效降解。避免了纳米材料存在潜在的纳米毒性。
与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
1)本发明所提供的光热转换纳米材料为新型可降解光热转换纳米材料；
2)本发明所提供的光热转换纳米材料可以通过小分子化合物进行快速、高效降解，并通过肾脏代谢，减小肝部负担，能够有效的避免现有的无机光热转换纳米材料潜在纳米毒性的问题。
附图说明
图1为实施例1中的CoOOH纳米颗粒溶液在加入抗坏血酸(AA)前后的照片。
图2为实施例1中的CoOOH纳米颗粒溶液在加入抗坏血酸(AA)前后的紫外-可见光谱图谱。
图3为实施例1中的CoOOH纳米颗粒溶液在加入抗坏血酸(AA)前后的光热温度变化。
图4为实施例2中的MnO2纳米棒溶液在加入还原型谷胱甘肽前后的照片。
图5为实施例2中的MnO2纳米棒溶液在加入还原型谷胱甘肽前后的紫外-可见光谱图谱。
图6为实施例2中的MnO2纳米棒溶液在加入还原型谷胱甘肽前后的光热温度变化。
图7为实施例3中的Mn3O4纳米颗粒溶液在加入葡萄糖前后的照片。
图8为实施例3中的Mn3O4纳米颗粒溶液在加入葡萄糖前后的紫外-可见光谱图谱。
图9为实施例3中的Mn3O4纳米颗粒溶液在加入葡萄糖前后的光热温度变化。
图10为实施例4中的MnO2纳米颗粒的活体光热肿瘤治疗效果。
图11为实施例4中的MnO2纳米颗粒在活体中不通过抗坏血酸降解和通过抗坏血酸降解后的代谢情况。
具体实施方式
下面通过具体实施例对本发明的方法进行说明，但本发明并不局限于此。
下述实施例中所述实验方法，如无特殊说明，均为常规方法；所述试剂和材料，如无特殊说明，均可从商业途径获得。
下述实施例中所用的CoOOH纳米颗粒是按照如下方法制备得到：
首先，将10mL 1mmol·mL-1的CoCl2水溶液加入到10mL 10mmol·mL-1的NaOH水溶液中，剧烈搅拌5min，然后加入20mL 0.1mol·mL-1的NaClO水溶液，静置5min，然后加入适量的去离子水，离心分离，去掉上清液；向固体中加入适量去离子水后超声分散，再离心分离；重复以上步骤，继续用去离子水洗涤几次后，即可得到CoOOH纳米颗粒(纳米颗粒，直径为50-100nm)，其中，CoOOH纳米颗粒中Co3+的质量分数为46％。
下述实施例中所用的MnO2纳米棒是按照下述方法制备得到：
首先，将10mL 1mmol·mL-1的MnCl2水溶液加入到10mL 0.2g·mL-1的聚乙二醇水溶液中，剧烈搅拌15min，然后加入20mL 0.5mmol·mL-1的NaOH水溶液，剧烈搅拌15min，然后加入适量的去离子水，离心分离，去掉上清液；向固体中加入适量去离子水后超声分散，再离心分离；重复以上步骤，继续用去离子水洗涤几次后，即可得到MnO2纳米棒(纳米颗粒，直径为4-5nm，长度为15-20μm)，其中，MnO2纳米棒中Mn4+的质量分数为63.26％。
下述实施例中所用的Mn3O4纳米颗粒是按照如下方法制备得到：
1)首先，将1mmol油酸锰加入到100mL的三口瓶中，再加入6mL油酸和15mL十八烯。然后在氮气的保护下，将混合溶液加热到120℃使油酸锰完全溶解，形成透明的澄清溶液后，在氮气氛围下，于320℃反应1h。反应结束后，自然冷却至室温，然后加入适量的环己烷和乙醇，离心分离，去掉上清液；向固体中加入适量环己烷后超声分散，再加入适量乙醇后，再离心分离；重复以上步骤，继续用环己烷和乙醇洗涤几次后，即可得到油溶性Mn3O4纳米颗粒。
2)将油溶性Mn3O4纳米颗粒溶液与NOBF4以质量比1:1混合超声处理，处理的温度为20℃，时间为5min，洗去表面的油溶性配体，然后分别用CH2Cl2和无水乙醇洗涤两遍，得到Mn3O4纳米颗粒(纳米颗粒，直径为32-38nm)，其中，Mn3O4纳米颗粒中Mn2+和Mn3+的质量分数为72.05％。
实施例1、抗坏血酸(AA)降解CoOOH纳米颗粒：
首先，记录10mmol·mL-1的CoOOH纳米颗粒水溶液的颜色，并测量其紫外-可见光谱和其在808nm激光照射下5分钟的升温情况，将1mL 10mmol·mL-1的CoOOH纳米颗粒水溶液与1mL 20mmol·mL-1的抗坏血酸(AA)溶液混合，于25℃下静置30min，记录混合液的颜色和紫外-可见光谱和其在808nm激光照射下5分钟的升温情况。
图1为CoOOH纳米颗粒溶液在加入抗坏血酸(AA)前后的照片，从图1可得知：CoOOH纳米颗粒被分解完全；图2为CoOOH纳米颗粒溶液在加入抗坏血酸(AA)前后的紫外-可见光谱图谱，从图2可得知：CoOOH纳米颗粒被分解完全；图3为CoOOH纳米颗粒溶液在加入抗坏血酸(AA)前后的光热温度变化，从图3中可得知：在加入抗坏血酸(AA)前，CoOOH纳米颗粒溶液在808nm照射5分钟后可升高约15℃，在加入抗坏血酸(AA)后，CoOOH纳米颗粒溶液在808nm照射5分钟后仅能升高约2℃。
实施例2、还原型谷胱甘肽降解MnO2纳米棒：
首先，记录10mmol·mL-1的MnO2纳米棒水溶液的颜色，并测量其紫外-可见光谱和其在808nm激光照射下5分钟的升温情况，将1mL 10mmol·mL-1的MnO2纳米棒水溶液与1mL20mmol·mL-1的还原型谷胱甘肽溶液混合，于25℃下静置30min，记录混合液的颜色和紫外-可见光谱和其在808nm激光照射下5分钟的升温情况。
图4为MnO2纳米棒溶液在加入还原型谷胱甘肽前后的照片，从图4可得知：MnO2纳米棒被分解完全；图5为MnO2纳米棒溶液在加入还原型谷胱甘肽前后的紫外-可见光谱图谱，从图5可得知：MnO2纳米棒被分解完全；图6为MnO2纳米棒溶液在加入还原型谷胱甘肽前后的光热温度变化，从图6中可得知：在加入还原型谷胱甘肽前，MnO2纳米棒溶液在808nm照射5分钟后可升高约23℃，在加入还原型谷胱甘肽后，MnO2纳米棒溶液在808nm照射5分钟后仅能升高约1℃。
实施例3、葡萄糖降解Mn3O4纳米颗粒：
首先，记录10mmol·mL-1的Mn3O4纳米颗粒水溶液的颜色，并测量其紫外-可见光谱和其在808nm激光照射下5分钟的升温情况，将1mL 10mmol·mL-1的Mn3O4纳米颗粒水溶液与1mL 20mmol·mL-1的葡萄糖溶液混合，于25℃下静置5min，记录混合液的颜色和紫外-可见光谱和其在808nm激光照射下5分钟的升温情况。
图7为Mn3O4纳米颗粒溶液在加入葡萄糖前后的照片，从图7可得知：Mn3O4纳米颗粒被分解完全；图8为Mn3O4纳米颗粒溶液在加入葡萄糖前后的紫外-可见光谱图谱，从图8可得知：Mn3O4纳米颗粒被分解完全；图9为Mn3O4纳米颗粒溶液在加入葡萄糖前后的光热温度变化，从图9中可得知：在加入葡萄糖前，Mn3O4纳米颗粒溶液在808nm照射5分钟后可升高约20℃，在加入葡萄糖后，Mn3O4纳米颗粒溶液在808nm照射5分钟后仅能升高不到1℃。
实施例4、MnO2纳米颗粒的体内光热肿瘤治疗和MnO2纳米颗粒在体内的抗坏血酸降解及代谢：
将12只接种了HCT116肿瘤的6周龄雄性裸鼠随机分为4组，每组3只。第一组通过尾静脉注射了200μL，10mg每千克裸鼠质量的MnO2纳米颗粒(直径为50nm)，设定为实验组。其他三组分别以注射磷酸盐缓冲液(pH＝7.4)无785nm近红外激光照射的相同种类小鼠作为空白对照组，以注射磷酸盐缓冲液(pH＝7.4)有785nm近红外激光照射和注射MnO2纳米颗粒无785nm近红外激光照射的相同种类小鼠作为对照组，比较荷瘤小鼠肿瘤尺寸的变化。
在肿瘤消失并且一段时间未复发后，150μL，5mg·mL-1的抗坏血酸溶液灌喂或尾静脉注射至小鼠体内，注射24小时后麻醉处死小鼠，取出心、肝、脾、肺和肾五种器官，研磨匀浆后离心，取上层清液，用电感耦合-质谱连用仪测定每种器官中的Mn元素的含量。
图10为荷瘤小鼠的光热治疗情况。从图10可得知：空白对照组和两个对照组的肿瘤都没有明显的缩小。说明空白对照组和两个对照组没有明显的治疗效果，而实验组的肿瘤明显缩小，说明有很好的治疗效果；图11为各器官中Mn元素的含量，从图11可得知：灌喂和尾静脉注射抗坏血酸溶液的小鼠肾脏和心脏含量较高，说明降解后的纳米材料主要通过肾脏代谢，而通过肝脏和脾脏代谢的量较小，有利于减小肝脏的代谢压力，并能够从尿液中代谢排出，有利于减小纳米材料的毒性。

Claims (3)

1.一种光热转换纳米材料的降解方法，包括如下步骤：将光热转换纳米材料和小分子化合物混合进行反应，降解光热转换纳米材料，其中，所述光热转换纳米材料为含有氧化性金属离子的光热转换纳米材料，所述小分子化合物为具有还原性的小分子化合物；
所述含有氧化性金属离子的光热转换纳米材料为CoOOH纳米颗粒、MnO2纳米棒和Mn3O4纳米颗粒中的至少一种；
所述还原性的小分子化合物选自抗坏血酸、葡萄糖和还原型谷胱甘肽；
所述含有氧化性金属离子的光热转换纳米材料是以含有氧化性金属离子的光热转换纳米材料水溶液的形式参加反应的，所述含有氧化性金属离子的光热转换纳米材料水溶液的摩尔浓度为大于1 mM；
所述小分子化合物是以小分子化合物水溶液的形式参加反应的，所述小分子化合物水溶液的摩尔浓度为大于1 mM；
所述小分子化合物水溶液与所述含有氧化性金属离子的光热转换纳米材料水溶液的体积比为（0.5-10）：1；
所述反应的反应温度为10-40℃，反应时间为0.5-60 min。
2.小分子化合物在制备光热转换纳米材料的降解剂中的应用，所述小分子化合物为具有还原性的小分子化合物；
所述光热转换纳米材料为含有氧化性金属离子的光热转换纳米材料；
所述含有氧化性金属离子的光热转换纳米材料为CoOOH纳米颗粒、MnO2纳米棒和Mn3O4纳米颗粒中的至少一种；
所述还原性的小分子化合物选自抗坏血酸、葡萄糖和还原型谷胱甘肽；
所述含有氧化性金属离子的光热转换纳米材料采用含有氧化性金属离子的光热转换纳米材料水溶液的形式，所述含有氧化性金属离子的光热转换纳米材料水溶液的摩尔浓度为大于1 mM；
所述小分子化合物采用小分子化合物水溶液的形式，所述小分子化合物水溶液的摩尔浓度为大于1 mM；
所述小分子化合物水溶液与所述含有氧化性金属离子的光热转换纳米材料水溶液的体积比为（0.5-10）：1；
所述反应的反应温度为10-40℃，反应时间为0.5-60 min。
3.一种用于治疗肿瘤的光热转换纳米材料套装，由光热转换纳米材料和小分子化合物组成，二者分别包装；
所述光热转换纳米材料为含有氧化性金属离子的光热转换纳米材料；
所述小分子化合物为具有还原性的小分子化合物；
所述含有氧化性金属离子的光热转换纳米材料为CoOOH纳米颗粒、MnO2纳米棒和Mn3O4纳米颗粒中的至少一种；
所述还原性的小分子化合物选自抗坏血酸、葡萄糖和还原型谷胱甘肽；
所述含有氧化性金属离子的光热转换纳米材料采用含有氧化性金属离子的光热转换纳米材料水溶液的形式，所述含有氧化性金属离子的光热转换纳米材料水溶液的摩尔浓度为大于1 mM；
所述小分子化合物采用小分子化合物水溶液的形式，所述小分子化合物水溶液的摩尔浓度为大于1 mM；
所述小分子化合物水溶液与所述含有氧化性金属离子的光热转换纳米材料水溶液的体积比为（0.5-10）：1；
所述反应的反应温度为10-40℃，反应时间为0.5-60 min。
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