CN106853248A - 一种光热复合纳米材料及其制备方法与应用 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种光热复合纳米材料及其制备方法与应用。它由光热转换纳米材料、包覆在所述光热转换纳米材料上的凝胶和包覆在所述凝胶里面和/或表面的热休克蛋白干扰剂组成。其制备方法，包括如下步骤：1)将所述光热转换纳米材料包覆所述凝胶，得到所述凝胶包覆的所述光热转换纳米材料；2)将所述凝胶包覆的所述光热转换纳米材料与所述热休克蛋白干扰剂混合，吸附，然后离心分离，即得到所述光热复合纳米材料。本发明应用于制备抗癌症药物、抗肿瘤药物和/或光热治疗材料中。本发明具有较高的靶向性，并能提高肿瘤细胞对热损伤的敏感度，使得在较低的温度下能杀死肿瘤细胞，以提高深部肿瘤光热治疗效果。

Description

一种光热复合纳米材料及其制备方法与应用

技术领域

本发明涉及一种光热复合纳米材料及其制备方法与应用，属于纳米材料制备领域。

背景技术

光热治疗法是利用具有较高光热转换效率的材料，将其注射入机体内部，利用靶向性识别技术聚集在肿瘤组织附近，并在外部光源(一般是近红外光)的照射下将光能转化为热能来杀死癌细胞的一种治疗方法。

光热治疗的优点主要有：一、减少患者所经受的疼痛；二、治疗时间短(大约几分钟)，治疗效果明显；三、材料无毒无害，对人体副作用小。光热治疗的主要缺点是由于激光的透射能力毕竟有限，所以无法入射到生物体的深层，以致缺乏对于内部肿瘤的严厉治疗手段。

发明内容

本发明的目的是提供一种光热复合纳米材料及其制备方法与应用。本发明具有较高的靶向性，并能提高肿瘤细胞对热损伤的敏感度，使得在较低的温度下能杀死肿瘤细胞，以提高深部肿瘤光热治疗效果。

本发明提供的光热复合纳米材料，它由光热转换纳米材料、包覆在所述光热转换纳米材料上的凝胶和负载在所述凝胶里面和/或表面的热休克蛋白干扰剂组成。

上述光热复合纳米材料中，所述光热转换纳米材料、所述凝胶与所述热休克蛋白干扰剂的质量比可为1：1～10：0.5～1.5。

本发明中，所述光热复合纳米材料具体可为质量比为1：3：0.8的所述光热转换纳米材料、所述凝胶与所述热休克蛋白干扰剂组成。

上述光热复合纳米材料中，所述光热转换纳米材料为有机化合物纳米材料、碳纳米材料、贵金属纳米材料、半导体纳米材料和小分子材料中的至少一种；

所述光热转换纳米材料的直径可为1～300nm，具体可为10nm、20nm、30nm或10～30nm；

所述凝胶为明胶、水凝胶和微凝胶中的至少一种，具体可为PNIPAM微凝胶；

所述热休克蛋白干扰剂为2-苯基乙炔磺酰胺(英文名称2-phenylethynesulfonamide，简称PES)、MKT-077(英文名称1-Ethyl-2-[[3-ethyl-5-(3-methyl-2(3H)-benzothiazolylidene)-4-oxo-2-thiazolidinylidene]methyl]-pyridinium chloride)、噻吩-2-酰胺、格尔德霉素、17-DMAG(英文名称Alvespimycin)、17-AAG(英文名称Tanespimycin)、根赤壳菌素和干扰RNA(简称RNAi)等中的至少一种。

上述光热复合纳米材料中，所述有机化合物纳米材料为聚苯胺和/或聚乙撑二氧噻吩(简称PEDOT)；

所述碳纳米材料为碳纳米管、石墨烯和碳点中的至少一种；

所述贵金属纳米材料为纳米金和/或纳米钯；

所述半导体纳米材料为CuS和/或WO_2.9；

所述小分子材料为吲哚菁绿(简称ICG)和/或cypate；

所述小分子材料的分子量可为100～10000，具体可为774.9628。

本发明还提供了所述光热复合纳米材料的制备方法，包括如下步骤：1)将所述光热转换纳米材料包覆在所述凝胶内，得到包覆所述光热转换纳米材料的所述凝胶；

2)将步骤1)中包覆所述光热转换纳米材料的所述凝胶与所述热休克蛋白干扰剂混合，吸附，然后离心分离，即得到所述光热复合纳米材料。

上述的方法中，步骤1)中，在制备所述凝胶的过程中包覆光热转换纳米材料或在制备完所述凝胶之后将所述光热转换纳米材料负载进凝胶里面和/或表面；

所述包覆的条件：温度可为60～100℃，具体可为70℃；时间可为3～8小时，具体可为4小时；

步骤2)中，所述吸附的温度可为15～25℃，具体可为25℃，所述吸附的时间可为10～24小时，具体可为12小时。

本发明进一步提供了所述光热复合纳米材料在制备抗癌症药物、抗肿瘤药物和/或光热治疗材料中的应用。

上述的应用中，所述癌症为乳腺癌、皮肤癌、浅表脂肪瘤和/或黑色素瘤；

所述抗癌症药物、所述抗肿瘤药物和/或所述光热治疗材料在应用时，采用近红外光照射；

所述近红外光的波长可为785～808nm，具体可为785nm或808nm。

本发明还提供了一种药物，该药物的活性成分为所述光热复合纳米材料。

上述的药物中，所述药物的剂型为注射剂。

本发明中，所述药物的剂型为注射剂时，注射剂采用的溶剂为本领域中动物或人体可接受的溶剂。

本发明用于治疗癌症和/或肿瘤的方法具体为将本发明光热复合纳米材料制成注射剂型，然后注射入机体内部，采用靶向性识别技术使其聚集在癌细胞和/或肿瘤细胞组织附近，在外部光源(具体为红外光)照射的条件下，光热复合纳米材料将光能转换成热能，能杀死深部癌细胞和/或肿瘤细胞。

本发明具有以下有益效果：

本发明光热复合纳米材料具有较高的靶向性，采用热休克蛋白干扰剂复合能提高肿瘤细胞对热损伤的敏感度，使得在较低的温度下能杀死癌细胞和/或肿瘤细胞，以提高深部癌细胞和/或肿瘤细胞的光热治疗效果。

附图说明

图1为本发明实施例1中的PEDOT的透射电镜照片。

图2为本发明实施例1中的包裹PEDOT的PNIPAM微凝胶的扫描电镜照片。

图3为本发明实施例1中的PNIPAM-PEDOT光热成像图片。

图4为本发明实施例1中PNIPAM-PEDOT微凝胶温度随近红外光照射时间变化图像。

图5为本发明实施例1中PNIPAM-PEDOT-PES微凝胶用于载瘤小鼠肿瘤治疗效果图像

图6为本发明实施例2中的纳米金棒的透射电镜照片。

图7为本发明实施例2中的PNIPAM-Au-PES的光热成像图片。

图8为本发明实施例2中PNIPAM-Au-PES微凝胶温度随近红外光照射时间变化图像。

图9为本发明实施例3中的PNIPAM-ICG-PES的扫描电镜照片。

图10为本发明实施例3中的PNIPAM-ICG-PES光热成像图片。

图11为本发明实施例3中PNIPAM-ICG-PES微凝胶温度随近红外光照射时间变化图像。

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。

实施例1、

光热转换纳米材料PEDOT是按照下述方制备得到的：首先，将20mg十二烷基苯磺酸钠、10mL去离子水、10mL甲醇、10mL硫酸(0.2M)加入到100mL的锥形瓶中混合均匀，搅拌得到微乳；再加入50μL 3,4-乙烯二氧噻吩(EDOT)单体，超声分散10分钟，搅拌20分钟。然后加入与EDOT单体等摩尔的FeCl₃·6H₂O水溶液，搅拌2小时。之后，将混合溶液转移到50mL水热反应釜，140℃水热处理5小时。反应结束后，自然冷却至室温，然后加入适量的甲醇，离心分离，去掉上清液；向固体中加入适量甲醇后超声分散，再离心分离；重复以上步骤，继续用甲醇洗涤几次后，即可得到PEDOT光热转换纳米材料。将洗涤后的PEDOT固体中加入比其略多的聚苯乙烯磺酸钠盐，加水溶解，超声分散均匀后搅拌12小时，离心得到水溶性PEDOT固体，将其溶于5mL水中备用。水溶性PEDOT固体的电镜照片如图1所示，水溶性PEDOT纳米颗粒直径约为20nm。

包覆PEDOT的温度敏感的PNIPAM微凝胶(PNIPAM-PEDOT)是按照下述方法制备得到的：将1mL上述PEDOT水溶液稀释至2.5mL转移入圆底烧瓶中，然后向其中加入6mL100mM N-异丙基丙烯酰胺(NIPAM)，0.67mL 100mM丙烯酸(AA)，1.2mL 50mM N,N′-五甲基双丙烯酰胺(MBA)，100μL 100mM十二烷基磺酸钠(SDS)，在70℃，氮气保护下搅拌30分钟。之后向其中迅速加入2.7mg过硫酸钾，70℃反应4小时。反应结束后，自然冷却至室温，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，即可得到包覆凝胶的光热转换纳米材料(简称PNIPAM-PEDOT微凝胶)。

本发明光热复合纳米材料，即包覆PES的PNIPAM-PEDOT微凝胶(简称PNIPAM-PEDOT-PES)是按照下述方法制备得到的：将2.5mL的PES水溶液(1.7mg/mL)和5mL PNIPAM-PEDOT微凝胶(2mg/mL)，10mL磷酸缓冲溶液(PBS)，室温(25℃)下搅拌12小时，离心分离将所的固体稀释至15mL备用。本发明中，光热复合纳米材料具体可为质量比为1：3：0.8的PEDOT、PNIAPM微凝胶与PES组成。本发明PNIPAM-PEDOT-PES的电镜照片如图2所示，PNIPAM-PEDOT-PES直径约为230nm。

将上述得到的本发明PNIPAM-PEDOT-PES光热纳米材料溶于去离子水，形成2mg/mL溶液，在808nm的近红外光(0.9W)照射下，用热成像仪记录PNIPAM-PEDOT溶液随时间的温度升高情况。PNIPAM-PEDOT溶液的在808nm近红外光(0.9W)照射下的光热图像随时间的变化如图3所示，PNIPAM-PEDOT溶液温度随时间的变化情况如图4所示，可见PNIPAM-PEDOT溶液在近红外光照射下温度随时间增加。

将HCT116细胞接种到裸鼠身上，待肿瘤长大至一定程度，分别将PNIPAM-PEDOT-PES(1mg/mL)、PNIPAM-PEDOT(1mg/mL)注射入尾静脉，30分钟之后分别用近红外光(0.9W)照射6分钟，17天之后，注射PNIPAM-PEDOT-PES(1mg/mL)的小鼠肿瘤得到较好抑制，小鼠肿瘤体积的变化如图5所示，说明注射本发明PNIPAM-PEDOT-PES的小鼠体内肿瘤治疗效果良好，本发明PNIPAM-PEDOT-PES使光热治疗深部肿瘤的体积提高了130mm³，治疗深度提高了4.2％。

实施例2、

光热转换纳米材料金纳米棒(Au)是按照下述方制备得到的：

1、纳米金种子的制备:0.25mL 0.01M HAuCl₄·3H₂O溶液加入到7.5mL 0.10M十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)溶液，反向温和搅拌至溶液颜色呈明亮的棕黄色。然后一次性加入0.6mL 0.01M冰冷的NaBH₄溶液并搅拌2min至溶液颜色呈淡棕黄色。上述溶液置于25℃水浴备用。

2、纳米金棒的制备：4.75mL 0.10M CTAB,0.2mL 0.01M HAuCl₄·3H₂O,0.03mL0.01M AgNO₃依次加入玻璃瓶中，反向温和搅拌，溶液呈明亮的棕黄色。之后，将0.032mL 0.10M丙烯酸(AA)加入上述溶液，溶液显无色。最后将0.01mL上述备用的纳米金种子加入溶液，温和搅拌10秒，静置反应3小时。纳米金棒的电镜照片如图6所示，纳米金棒的长径为30nm，短径为10nm。

包裹Au的温度敏感的PNIPAM微凝胶(PNIPAM-Au)是按照下述方法制备得到的：将1mL上述Au水溶液稀释至2.5mL转移入圆底烧瓶中，然后向其中加入6mL100mM N-异丙基丙烯酰胺(NIPAM)，0.67mL 100mM AA，1.2mL 50mM N,N′-五甲基双丙烯酰胺(MBA)，100μL 100mM十二烷基磺酸钠(SDS)，在70℃，氮气保护下搅拌30分钟。之后向其中迅速加入2.7mg过硫酸钾，70℃反应4小时。反应结束后，自然冷却至室温，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PNIPAM-Au微凝胶。

本发明光热复合纳米材料负载PES的PNIPAM-Au微凝胶(简称PNIPAM-Au-PES)按照下述方法制备得到的：将2.5mL的PES水溶液(1.7mg/mL)和5mL PNIPAM-Au微凝胶(2mg/mL)，10mL磷酸缓冲溶液(PBS)，室温(25℃)下搅拌12小时，离心分离将所得固体，即得，稀释至15mL备用。本发明中，光热复合纳米材料具体可为质量比为1：10：0.8的Au、PNIPAM微凝胶与PES组成。

将上述得到的本发明PNIPAM-Au-PES光热纳米材料溶于去离子水，形成2mg/mL溶液，在808nm的近红外光(0.9W)照射下，用热成像仪记录PNIPAM-Au-PES溶液随时间的温度升高情况。PNIPAM-Au-PES溶液在808nm近红外光(0.9W)照射下的光热图像随时间的变化如图7所示，PNIPAM-Au-PES溶液温度随时间的变化情况如图8所示，可见，本发明PNIPAM-Au-PES溶液在近红外光(0.9W)照射下温度随时间增加。

将HCT116细胞接种到裸鼠身上，待肿瘤长大至一定程度，分别将PNIPAM-Au(1mg/mL)、本发明PNIPAM-Au-PES(1mg/mL)经小鼠尾静脉注射入小鼠体内，分别用近红外光(0.9W)照射6分钟，17天之后，注射PNIPAM-Au-PES(1mg/mL)的小鼠肿瘤得到较好抑制，注射PNIPAM-Au-PES的小鼠体内肿瘤治疗效果良好，证明本发明PNIPAM-Au-PES使光热治疗深部肿瘤的体积提高了80mm³，治疗深度提高了3.3％。

实施例3、

温度敏感的PNIPAM微凝胶(PNIPAM)是按照下述方法制备得到的：将6mL100mM N-异丙基丙烯酰胺(NIPAM)，0.67mL 100mM丙烯酸(AA)，1.2mL 50mM N,N′-五甲基双丙烯酰胺(MBA)，100μL 100mM十二烷基磺酸钠(SDS)加入圆底烧瓶中，在70℃，氮气保护下搅拌30分钟。之后向其中迅速加入2.7mg过硫酸钾，70℃反应4小时。反应结束后，自然冷却至室温，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PNIPAM微凝胶。

本发明负载PES和ICG的PNIPAM-ICG-PES微凝胶(PNIPAM-ICG-PES)是按照下述方法制备得到的：将2.5mL的分子量为774.9628的ICG水溶液(2.4mg/mL)和5mL PNIPAM微凝胶(2mg/mL)混合，然后加入2.5mL的PES水溶液(1.7mg/mL)，10mL磷酸缓冲溶液(PBS)，室温(25℃)下搅拌12小时，离心分离后将所得固体稀释至5mL备用。本发明中，光热复合纳米材料具体可为质量比为1：1.67：0.7的ICG、PNIPAM微凝胶与PES组成。PNIPAM-ICG-PES的电镜照片如图9所示，PNIPAM-ICG-PES直径约为200nm。

将上述得到的本发明PNIPAM-ICG-PES光热纳米材料溶于去离子水，形成2mg/mL溶液，在808nm的近红外光(0.9W)照射下，用热成像仪记录PNIPAM-ICG-PES溶液随时间的温度升高情况。本发明PNIPAM-ICG-PES溶液的在808nm近红外光(0.9W)照射下的光热图像随时间的变化如图10所示，PNIPAM-ICG-PES溶液温度随时间的变化情况如图11所示，可见，本发明PNIPAM-ICG-PES溶液的在近红外光照射下温度随时间升高。

将HCT116细胞接种到裸鼠身上，待肿瘤长大至一定程度，分别将PNIPAM-ICG(1mg/mL)、PNIPAM-ICG-PES(1mg/mL)经尾静脉注射入小鼠，分别用近红外光(0.9W)照射6分钟，17天之后，注射本发明PNIPAM-ICG-PES(1mg/mL)的小鼠肿瘤得到较好抑制，注射PNIPAM-ICG-PES的小鼠体内肿瘤治疗效果良好，结果显示本发明PNIPAM-ICG-PES使光热治疗深部肿瘤的体积提高了100mm³，治疗深度提高了3.8％。

Claims (10)

1.一种光热复合纳米材料，它由光热转换纳米材料、包覆在所述光热转换纳米材料上的凝胶和负载在所述凝胶里面和/或表面的热休克蛋白干扰剂组成。

2.根据权利要求1所述光热复合纳米材料，其特征在于：所述光热转换纳米材料、所述凝胶与所述热休克蛋白干扰剂的质量比为1：1～10：0.5～1.5。

3.根据权利要求1或2所述光热复合纳米材料，其特征在于：所述光热转换纳米材料为有机化合物纳米材料、碳纳米材料、贵金属纳米材料、半导体纳米材料和小分子材料中的至少一种；

所述光热转换纳米材料的直径为1～300nm；

所述凝胶为明胶、水凝胶和微凝胶中的至少一种，具体可为PNIPAM微凝胶；

所述热休克蛋白干扰剂为2-苯基乙炔磺酰胺、MKT-077、噻吩-2-酰胺、格尔德霉素、17-DMAG、17-AAG、根赤壳菌素和干扰RNA中的至少一种。

4.根据权利要求3所述光热复合纳米材料，其特征在于：所述有机化合物纳米材料为聚苯胺和/或聚乙撑二氧噻吩；

所述碳纳米材料为碳纳米管、石墨烯和碳点中的至少一种；

所述贵金属纳米材料为纳米金和/或纳米钯；

所述半导体纳米材料为CuS和/或WO_2.9；

所述小分子材料为吲哚菁绿和/或cypate；

所述小分子材料的分子量为100～10000。

5.权利要求1-4中任一项所述光热复合纳米材料的制备方法，包括如下步骤：1)将所述光热转换纳米材料包覆在所述凝胶内，得到包覆所述光热转换纳米材料的所述凝胶；

2)将步骤1)中包覆所述光热转换纳米材料的所述凝胶与所述热休克蛋白干扰剂混合，吸附，然后离心分离，即得到所述光热复合纳米材料。

6.根据权利要求1-5中任一项所述的方法，其特征在于：步骤1)中，在制备所述凝胶的过程中包覆光热转换纳米材料或在制备完所述凝胶之后将所述光热转换纳米材料负载进凝胶里面和/或表面；

所述包覆的条件：温度为60～100℃；时间为3～8小时；

步骤2)中，所述吸附的温度为15～25℃，所述吸附的时间为10～24小时。

7.权利要求1-4中任一项所述光热复合纳米材料在制备抗癌症药物、抗肿瘤药物和/或光热治疗材料中的应用。

8.根据权利要求7所述的应用，其特征在于：所述癌症为乳腺癌、皮肤癌、浅表脂肪瘤和/或黑色素瘤；

所述抗癌症药物、所述抗肿瘤药物和/或所述光热治疗材料在应用时，采用近红外光照射；

所述近红外光的波长为785～808nm。

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中任一项所述光热复合纳米材料。

10.根据权利要求9所述的药物，其特征在于：所述药物的剂型为注射剂。