CN108434453A - 一种多锥形金纳米结构及其制备方法和应用 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种多锥形金纳米结构及其制备方法和应用，该多锥形金纳米结构通过将聚乙烯吡咯烷酮溶于N,N‑二甲基甲酰胺中搅拌，加入氯金酸溶液和金种子，继续搅拌，待反应完全后，将产物离心洗涤，分散到乙醇溶液中得到。本发明制备的金纳米结构具有独特的多锥形结构，其独特的多锥形结构使其具有可调的LSPR吸收峰，在近红外光区具有很大的吸收，特别是808nm具有强的吸收峰，且光热转换效率高。本发明的多锥形金纳米结构制备方法简单，条件温和，环境友好，易于推广并大规模生产，具有良好的稳定性和生物相容性，为肿瘤细胞的光热治疗提供了条件，可以应用在制备治疗癌症的光热治疗试剂中。
Description
技术领域
本发明属于纳米无机材料技术和生命科学领域，具体涉及一种多锥形金纳米结构及其制备方法和应用。
背景技术
光热治疗是一种几乎无创的肿瘤治疗方式，其采用光热吸收剂在相应波长的激光照射下，通过光热效应在肿瘤细胞内产生热量，进而杀死肿瘤细胞。理想的光热纳米材料应该是在近红外区域具有强的，可调的吸收，在光学辐射的各波长范围内，各种生物组织对于近红外光区(700-1100nm)的吸收最少，因而近红外辐射可有效穿透生物样品，抵达深层部位，发生较少的吸收和散射，所以在绝大多数光热治疗中都应用808nm激光器作为辐射光源。随着纳米科学的发展，具有独特光学特性的各种纳米材料开始用于癌症的光热治疗，包括金纳米结构、磁性纳米颗粒、碳纳米管、半导体纳米粒子、高分子复合材料等
金纳米结构具有高的光吸收能力，高的光热转换效率，表面易修饰，好的生物相容性等优点，这些优异的性能为金纳米结构在生物传感和检测，癌症的早期诊断和治疗提供了更多的可能性和广阔的应用空间。同时，金纳米结构具有独特的局域表面等离子共振(LSPR)现象，LSPR与其形貌，尺寸，组成等有关，通过调节粒子的尺寸形貌等，可以将粒子的LSPR峰从可见区域调节到近红外区域，
发明内容
发明目的：针对现有技术存在的问题，本发明提供一种基于多锥形金纳米结构及其制备方法，该多锥形金纳米结构具有优异光热转换性能，并且制备工艺简单有效，易于推广并大规模生产。
本发明还提供金纳米结构在制备光热治疗试剂中的应用。
技术方案：为了实现是上述目的，如本发明所述一种多锥形金纳米结构的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：称取一定量聚乙烯吡咯烷酮溶于N,N-二甲基甲酰胺中搅拌，迅速加入氯金酸溶液和金种子，继续搅拌，待反应完全后，将产物离心取下层沉淀洗涤，分散到乙醇溶液中，即得多锥形金纳米结构溶胶。
其中，所述称取的聚乙烯吡咯烷酮的质量为2.5～5g，分子量为10000或者24000。
其中，所述称取的氯金酸溶液的浓度为40～50mmol/L。
作为优选，所述称取的金种子的粒径为15-20nm，浓度为4～5mmol/L。
其中，所述搅拌为磁力搅拌，第一次搅拌时间5-10min，第二次搅拌时间为0.5～2h。
本发明所述的制备方法所制备的多锥形金纳米结构。
作为优选，所述多锥形金纳米结构的粒径为70-80nm。
作为优选，所述多锥形金纳米结构的紫外光谱在808nm处存在特征吸收峰。
本发明所述的制备方法所制备的多锥形金纳米结构在制备肿瘤细胞的光热治疗试剂中的应用。
机理：本发明所述的多锥形金纳米结构具有较高的光热转换能力，光热转换效率可达56％，所述的多锥形金纳米结构在近红外光区具有强的吸收，能将光能转化成热能，且细胞毒性低，是一种高效的肿瘤细胞光热治疗试剂。因此，本发明所述的多锥形金纳米结构由于其内在的各向异性结构，因此具有可调控的光学性质。可以应用在制备治疗癌症的光热治疗试剂中。
本发明所述的金纳米结构具有良好的生物相容性，将其(0～100μg/mL分散液)与肿瘤细胞MCF-7共同孵育12h，结果表明细胞的活性仍可高达92％以上。将该金纳米结构(100μg/mL分散液)与MCF-7细胞(～1×106个)共同孵育12h，在室温下用808nm的激光，以1.0W/cm2的能量密度照射10min后，评价细胞的凋亡情况，结果表明95％的MCF-7细胞死亡。
有益效果：与现有技术相比本发明具有如下优点：
1、本发明制备的金纳米结构具有独特的多锥形结构，其独特的多锥形结构使其具有可调的LSPR吸收峰，在近红外光区具有很大的吸收，特别是808nm具有强的吸收峰，且光热转换效率高。
2、本发明制备的多锥形金纳米结构细胞毒性低，生物相容性好，适合于细胞的治疗。
3、本发明的多锥形金纳米结构制备方法简单，条件温和，环境友好，易于推广并大规模生产，且该金纳米结构具有高的光热转换效率，良好的稳定性和生物相容性，为肿瘤细胞的光热治疗提供了条件，可以应用在制备治疗癌症的光热治疗试剂中。
附图说明
图1为本发明的多锥形金纳米结构的透射电镜图；
图2为本发明的多锥形金纳米结构的紫外-可见吸收光谱图；
图3为球形金纳米结构的透射电镜图；
图4为本发明的多锥形金纳米结构的光热转换效率图；
图5为MCF-7细胞光热治疗前后的活性评价图；治疗所用的光热试剂为本发明的多锥形金纳米结构，激发波长为808nm，功率密度为1.0W/cm2，光照时间为10min。
具体实施方式
以下结合附图和实施例对本发明作进一步说明。
实施例1
金种子的制备
向连接冷凝管的250mL圆底烧瓶中加入100mL氯金酸(1mmol/L)溶液，磁力搅拌，加热至沸腾，快速加入10mL柠檬酸三钠溶液(38.8mmol/L)，溶液颜色由淡黄色变为酒红色，继续加热10min，停止加热，继续搅拌15min，即得粒径为15-20nm的金种子溶胶。
实施例2
称取5g分子量为10000的聚乙烯吡咯烷酮(PVP)溶于15mLN,N-二甲基甲酰胺(DMF)中，磁力搅拌10min，迅速加入0.1mL45mmol/L氯金酸溶液和0.05mL4mmol/L步骤1的金种子溶胶，继续磁力搅拌0.5h，溶液颜色从淡黄色变成蓝绿色即为反应完全，将产物离心取下层沉淀洗涤，分散到4mL的乙醇溶液中，即得多锥形金纳米结构溶胶，如图1所示。图2为所得金纳米结构的UV-Vis图，从图2中可以看出，该多锥形金纳米结构在808nm具有特征吸收峰。
实施例3
称取3g分子量为10000的聚乙烯吡咯烷酮(PVP)溶于15mLN,N-二甲基甲酰胺(DMF)中，磁力搅拌5min，迅速加入0.1mL 50mmol/L氯金酸溶液和0.05mL5mmol/L步骤1的金种子溶胶，继续磁力搅拌2h，溶液颜色从淡黄色变成蓝绿色即为反应完全，将产物离心取下层沉淀洗涤，分散到4mL的乙醇溶液中，即得多锥形金纳米结构溶胶。
实施例4
称取5g分子量为24000的聚乙烯吡咯烷酮(PVP)溶于15mLN,N-二甲基甲酰胺(DMF)中，磁力搅拌10min，迅速加入0.1mL45mmol/L氯金酸溶液和0.05mL5mmol/L步骤1的金种子溶胶，继续磁力搅拌1h，溶液颜色从淡黄色变成蓝绿色即为反应完全，将产物离心取下层沉淀洗涤，分散到4mL的乙醇溶液中，即得多锥形金纳米结构溶胶。
对比例1
称取2g分子量为10000的聚乙烯吡咯烷酮(PVP)溶于15mLN,N-二甲基甲酰胺(DMF)中，磁力搅拌，迅速加入0.1mL45mmol/L氯金酸溶液和0.05mL步骤1的金种子溶胶，继续磁力搅拌2h，溶液颜色从淡黄色变成红色即为反应完全，将产物离心洗涤，分散到4mL的乙醇溶液中，即得球形金纳米结构溶胶，说明该对比例不能得到多锥形的金纳米结构，只能得到球形金纳米结构，如图3所示。
试验例1
将实施例2中制得的金纳米结构分散液(100μg/mL)在室温下用808nm的激光以1.0W/cm2的能量密度光照10min后，关闭光源，让其自然冷却至室温，记录其温度变化(如图4所示)，计算其光热转换效率为56％，说明该多锥形金纳米结构可以有效地将光能转换为热能，在肿瘤细胞光热治疗中具有潜在的应用价值。
试验例2
将实施例2中制得的金纳米结构分散液(100μg/mL)与MCF-7细胞(～1×106个)共同孵育12h，在室温下用808nm的激光以1.0W/cm2的能量密度光照10min后，评价细胞的凋亡情况。图5为MCF-7细胞光热治疗前后的活性评价图，a和b线分别为未进行光照(a)和光照10min后的细胞活性统计情况，结果表明光照10min后，细胞凋亡率达到95％，表明该金纳米结构具有显著的杀伤肿瘤细胞的能力。
Claims (9)
1.一种多锥形金纳米结构的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：将聚乙烯吡咯烷酮溶于N,N-二甲基甲酰胺中搅拌，迅速加入氯金酸溶液和金种子，继续搅拌，待反应完全后，将产物离心取下层沉淀洗涤，分散到乙醇溶液中，即得多锥形金纳米结构溶胶。
2.根据权利要求1所述的多锥形金纳米结构的制备方法，其特征在于，所述称取的聚乙烯吡咯烷酮的质量优选为2.5～5g，分子量为10000或者24000。
3.根据权利要求1所述的多锥形金纳米结构的制备方法，其特征在于，所述称取的氯金酸溶液的浓度为40～50mmol/L。
4.根据权利要求1所述的多锥形金纳米结构的制备方法，其特征在于，所述称取的金种子的粒径为15-20nm，浓度为4～5mmol/L。
5.根据权利要求1所述的多锥形金纳米结构的制备方法，其特征在于，所述搅拌为磁力搅拌，第一次搅拌时间5～10min，第二次搅拌时间为0.5～2h。
6.一种权利要求1所述的制备方法所制备的多锥形金纳米结构。
7.根据权利要求6所述的多锥形金纳米结构，其特征在于，所述多锥形金纳米结构的粒径为70-80nm。
8.根据权利要求6所述的多锥形金纳米结构，其特征在于，所述多锥形金纳米结构的紫外光谱在808nm处存在特征吸收峰。
9.一种权利要求1所述的制备方法所制备的多锥形金纳米结构在制备肿瘤细胞的光热治疗试剂中的应用。
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| Xiao et al. | Hydrophilic bismuth sulfur nanoflower superstructures with an improved photothermal efficiency for ablation of cancer cells | |
| Yu et al. | Black hollow silicon oxide nanoparticles as highly efficient photothermal agents in the second near-infrared window for in vivo cancer therapy | |
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| Liu et al. | Stable metallic 1T-WS 2 ultrathin nanosheets as a promising agent for near-infrared photothermal ablation cancer therapy | |
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| Fang et al. | Janus nanostructures formed by mesoporous silica coating Au nanorods for near-infrared chemo–photothermal therapy | |
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| Gao et al. | 3D CNT/MXene microspheres for combined photothermal/photodynamic/chemo for cancer treatment | |
| Huang et al. | Radar-like MoS 2 nanoparticles as a highly efficient 808 nm laser-induced photothermal agent for cancer therapy | |
| Cai et al. | Laser ablation in liquids for the assembly of Se@ Au chain-oligomers with long-term stability for photothermal inhibition of tumor cells | |
| Campu et al. | Assessment of the photothermal conversion efficiencies of tunable gold bipyramids under irradiation by two laser lines in a NIR biological window | |
| Zhang et al. | Synthesis and characterization of Tamoxifen citrate modified reduced graphene oxide nano sheets for breast cancer therapy | |
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| Masha et al. | Synthesis of blue and green emitting carbon-based quantum dots (CBQDs) and their cell viability against colon and bladder cancer cell lines | |
| Lv et al. | Absorption-dependent generation of singlet oxygen from gold bipyramids excited under low power density | |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication | ||
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Application publication date: 20180824 |