CN108714217A - 一种pb@pda磁性复合纳米材料的制备方法及其用途 - Google Patents

Abstract

本发明公开了PB@PDA复合纳米粒子的制备方法及其用途，本发明提供了在室温下就可进行的简便可行的合成聚多巴胺包覆PB纳米粒子方法，主要是以普鲁士蓝(PB)为基体在外包覆聚多巴胺(PDA)，从而形成PB@PDA磁性复合纳米材料，并将其应用于动物光热治疗实验。经过PDA修饰过的纳米颗粒表现出了更好的光热效应能力，即光能转化为热能的效率大大提高。

Description

一种PB@PDA磁性复合纳米材料的制备方法及其用途

技术领域

本发明涉及一种PB@PDA磁性复合纳米材料的制备方法及其应用。

背景技术

随着当前环境污染和食品安全等社会问题日益严重，癌症发病率不断上升，癌症已成为人类健康面临的主要死亡威胁之一。每年死于癌症的人数占世界总人数的百分比为12.5％，约900万。仅在2010年，癌症造成近570,000人死亡。除此之外更严重的是，癌症人群的年龄阶段也越来越年轻。癌症状况如此严重的事实取决于其性质。癌症也被称为恶性肿瘤，和良性肿瘤相比较而言，它是由于机体细胞正常调节丧失和体细胞过度增殖引起的疾病。过度增殖细胞通常称之为癌细胞。癌细胞很容易侵入周围组织，易于转移，增殖和扩散。癌症的早期阶段是很难被发现检测到。发现后，癌症通常几经处于中后期阶段。此时，最佳治疗期已被错过，患者经常会失去生命而死亡。

普鲁士蓝(PB)，化学式Fe₄[Fe(CN)₆]₃·nH₂O，中文名称：亚铁氰化铁，又名柏林蓝，龚蓝，铁蓝，铁氰化铁，中国蓝等，是一种古代蓝色染料，可用于釉料和油漆。PB是一种经典的二价铁和三价铁的混合状态铁素体。PB也是一种临床用药，常被用作痰中毒的解毒剂。它已通过美国食品和药物管理局(FDA)的认证，其长期临床经验证实了其在人体内极其可靠的生物安全性。

发明内容

本发明的目的之一，在于提供一种聚多巴胺包覆PB纳米粒子作为光热治疗剂的用途，其中，所述的聚多巴胺包覆PB纳米粒子为PB@PDA。

本发明的目的之二，在于提供一种聚多巴胺包覆PB纳米粒子作为肿瘤治疗剂的用途，其中，所述的聚多巴胺包覆PB纳米粒子为PB@PDA。

作为优选，所述的聚多巴胺和PB之间的质量比为1-5:1-5。

进一步优选，所述的聚多巴胺和PB之间的质量比为1-2:1-2。

作为优选，所述的普鲁士蓝核的粒径为150-250nm，包覆层聚多巴胺的厚度在5-50nm。

进一步优选，所述的普鲁士蓝核的粒径为170-200nm，包覆层聚多巴胺的厚度在10-30nm。

本发明提供的聚多巴胺包覆PB纳米粒子，作为优选，合成方法包括如下步骤：

1)合成普鲁士蓝纳米粒子；

2)配置1-20nM的Tris-HCl溶液；

3)取0.5-5mgPB，溶于20-50ml步骤2)的Tris-HCl溶液，再称取0.5-5mg的盐酸多巴胺加入，充分搅拌，生成PB@PDA粒子；然后充分洗涤，获得PB@PDA粒子。

其中，作为优选，步骤3)所述的充分搅拌为，先超声1-30分钟,然后放入搅拌机内，恒温20-30℃搅拌1-10小时。

其中，作为优选，步骤4)所述的充分洗涤，为加入超纯水进行离心洗涤2-6次，设置转速为5000-15000rmp，每次时间为1-10分钟。

本技术方案与背景技术相比，它具有如下优点：

本发明提供了在室温下就可进行的简便可行的合成聚多巴胺包覆PB纳米粒子方法，主要是以普鲁士蓝(PB)为基体在外包覆聚多巴胺(PDA)，从而形成PB@PDA磁性复合纳米材料，并将其应用于动物光热治疗实验，通过一系列实验证明了纳米粒子材料在经过聚多巴胺的外部修饰的包覆试验后，使得纳米粒子呈现尺寸均一，分散性稳定，具有表面修饰的材料。同时材料具有更好的生物相容性，低毒性，大大提升了其在生物医学材料应用的前景。通过红外热成像实验，发现经过PDA修饰过的纳米颗粒表现出了更好的光热效应能力，即光能转化为热能的效率大大提高。通过在近红外区的光热探索，从原理上与光热治疗相似，并通过生物成像证明了其在肿瘤光热治疗的生物医学应用用途。同单一PB的光热治疗相比，达到所需治疗温度速度更快，治疗效果更好，在肿瘤治疗剂方向有着良好的应用前景。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。

图1 A为PB纳米粒子的SEM图；B和C为PB@PDA纳米粒子的SEM图。

图2 A和B为PB纳米颗粒的TEM图；C和D为PB@PDA纳米颗粒的TEM图。

图3 X射线衍射图谱(XRD)。

图4材料的红外光谱图。

图5材料升温曲线。

图6 A为小鼠体重变化曲线；B为小鼠肿瘤大小变化曲线；C为小鼠光热治疗红外成像图；

具体实施方式

实施例1合成PB纳米粒子

在合成PB纳米粒子的实验中运用的方法是共沉淀法，本实施例中主要采用的试剂有聚乙烯吡咯烷酮(PVP(K30)),盐酸(HCI),铁氰化钾(K₃[Fe(CN)₆)，柠檬酸(C₆H₈O₇)。制备方法的具体步骤如下：

首先进行PH值的调定，先配6mol/L的稀盐酸溶液，量取3ml 12mol/L的盐酸溶液于管中，加入3ml纯水进行混合搅拌，从而得到6mol/L的稀盐酸溶液做备用。然后进入配备阶段，称取1.5g PVP K30粉末溶解于20ml的超纯水中，放入超声机中进行超声直至完全溶解。然后运用pH检测计以及实验之前已经配备好的6mol/L的稀盐酸溶液调节PH值直到数值为3。随后再称取45mg的铁氰化钾并加入其中，进行超声直至完全溶解，再称取0.192g的柠檬酸加入其中，超声直至完全溶解，以上溶液的制备过程均在室温下进行。最后运用水热法将制备好的溶液倒入反应釜中，放到烘箱内设置温度为80℃，反应时间为20小时。

待反应结束后将含有PB纳米粒子的悬浊液置于50ml的离心管中进行离心分离。使用转速设置为12000rmp的方式离心12min，总共需要进行5次离心。具体步骤如下：第一次是与悬浊液1:1加入丙酮(CH₃COCH₃)溶液并配平后进行离心，离心结束后出去上清液，进行第二次离心，1:1加入超纯水和丙酮并配平后进行离心，然后在重复本次离心为第三次离心，第四次离心加入的是无水乙醇超声配平后进行离心，最后加入超纯水形成悬浊液进行离心，除去上清液。

实施例2PB@PDA合成

首先进行的是反应过程中缓冲液的制备，即10nM Tris-HCl溶液，具体步骤如下：取1.21gTris(三羟甲基氨基甲烷)置于800ml水，用HCl水溶液调节PH至8.5，然后定容至1000ml。

采用之前定量过的PB纳米粒子悬浊液，经计算取2mgPB，溶于30ml Tris-HCl溶液，再称取2mg的盐酸多巴胺加入，先超声20min,然后放入搅拌机内，恒温26℃搅拌4小时。然后加入超纯水进行离心洗涤4次，设置转速为10000rmp，每次时间为5分钟。

结果见图1，图1A是合成的PB的图片，右上角嵌入的单个高倍数的粒子，可以看出PB为立方体，粒径在200nm左右，粒子分布均匀，单分散性较好。图1B和图1C为PB@PDA纳米粒子的SEM图，纳米颗粒依旧呈立方体，但是可以清晰地看出表面包覆着某种物质，使得原很光滑平整的表面变得凹凸不平,C图为放大倍数后的粒子，形貌特征更加清晰地展现出来。

1透射电子显微镜(TEM)

将适量的待测样品分散在超纯水中并超声处理10分钟以使材料完全分散。然后，将50μL上述分散溶液移液到所制备的表面碳涂覆铜网上。然后，用滤纸除去过量的溶液，然后在室温下风干。最后，使用透射电子显微镜(JEM1400)在200kV的电压下观察纳米粒子的形态，粒度和分散。

图2所示为PB和PB@PDA纳米颗粒的TEM图，从图中可以看出PB纳米颗粒的对角线长度大约为200nm,形状为正立方体结构且棱角分明。在PB纳米粒子经过聚多巴胺修饰后形成PB@PDA纳米颗粒的TEM图上可以看出，纳米颗粒依旧大概整体呈立方体形状，但是明显可以看出颗粒表面不再平整，变得凹凸不齐，不再棱角分明，可以看出边缘的衬度与整体相比衬度较浅，此时可以暂时推测PB纳米颗粒外部包覆了某种物质，但还不能确定为聚多巴胺(PDA)。

2扫描电子显微镜(SEM)

首先将适量的待测样品分散在超纯水中，超声直至完全均匀分散，代用。将硅片切好，然后用丙酮清洗三次，再用无水乙醇清洗三次，待自然晾干后，取上述代用分散液50μl滴于刚洗好的硅片中心，自然晾干。最后将制好样的硅片使用热场发射扫描电子显微镜(LEO1530)观察所需待测纳米粒子的形貌结构和尺寸大小。

根据图3的结果显示，PB的X射线衍射峰均与PB的PDF标准卡片(JCPDS 73-0687)上的衍射峰相对应，因此可以证明PB的成功合成。由于聚多巴胺(PDA)为聚合物，其衍射峰几乎很难表现出来，所以要确定聚多巴胺(PDA)的成分还需要进行傅里叶变换红外光谱分析。

3傅里叶变换红外光谱(FT-IR)

样品制备：1.用玛瑙研钵研磨固体KBr颗粒，并在120℃下真空干燥过夜以除去水。2.将待测样品取走适量，离心收集，冷冻干燥过夜，并在红外灯下收集。然后，将干燥的样品和KBr粉末混合并在研钵和研钵中以约1：100的质量比进行研磨，压片。为了防止样品的吸湿影响测试结果，有必要将样品快速放置在傅立叶红外光谱仪上进行检测。检测条件：在室温下，红外光谱扫描范围为4000-400cm-1，分辨率为4cm-1，检测扫描叠加256次。

为了进一步确定粒子表面聚多巴胺的成分，实验分别对PB和PB@PDA纳米粒子进行了红外分析(图4)，位于2084cm-1的峰为PB的特征峰，该特征峰为PB中的Fe2+-C-N-Fe3+结构单元中的C-N的伸缩振动峰。可以观察到位于1577cm-1的比较明显的特征吸收峰，而此特征峰与苯环的特征峰十分接近，所以可以确定该特征峰为聚多巴胺中的苯环振动吸收峰，由于聚多巴胺中-C-H和-N-H的吸收峰与水中-OH的吸收峰位置很接近，且在图谱中可以清晰地看见-OH的振动峰，导致从图谱中无法精确地判断出-C-H和-N-H的特征峰。因此再通过苯环的特征吸收峰以及SEM图片完全可以证明PB外面的包覆物为聚多巴胺(PDA),进而可以证明PB@PDA的成功制备。

4材料的红外热成像分析

首先分别配置浓度为10μl/ml,20μl/ml,50μl/ml,100μl/ml,200μl/ml的PB和PB@PDA分散液,取一毫升待测样品于石英紫外皿中，用808nm激光器根据参数比设置功率为1W，将激光头液面以上1cm左右，照射5min，图像设置取100000个点，形成材料升温曲线，经比较选出确定最适合的浓度，作为后续注射入小鼠体内，完成接下来的光热治疗实验。

实验中分别对浓度为10μl/ml,20μl/ml,50μl/ml,100μl/ml,200μl/ml的PB和PB@PDA分散液进行了红外照射5min，记录材料的温度变化。经比较得出当浓度为50μl/ml时材料的光热效应最好，即升温速度快，光能转化为热能的效率高。因此后面的动物光热治疗实验所选取的浓度。

本实施例中只列出浓度为50μl/ml材料升温曲线图，经观察发现当用红外射线照射后经过2min时PB@PDA温度上升大约8℃，而此时PB仅上升了4℃。还可以看到5min射线照射结束时，PB@PDA温度上升20℃，PB上升10℃。不难看出此浓度下PB@PDA的温度变化大致为PB的两倍。可见PB在经过PDA的修饰后其光热效应大大提高。

5动物治疗

首先在小鼠身上种植肿瘤，待肿瘤长到适当大小后(200mm³)，首先将老鼠麻醉后，原位注射50ml，50mg/ml的材料，进行动物治疗实验,将老鼠置于808nm激光器的激光探头下，大约肿瘤表面以上1cm左右照射5min,每30s保存一张成像图片。实验分为三组分别为PB组，PBS组和PB@PDA组。至此已经完成一次治疗，总共需治疗三次，每次间隔为一天。每天需要对小鼠的体重和肿瘤大小进行测量并记录，为期14天，最后三组共同比较治疗效果。

从图6A可以看出经过治疗小鼠的体重只存在轻微波动，可能是老鼠正常生活饮食代谢所影响。图6B中可以看出注PBS组小鼠的肿瘤在不断的长大，PB组与PB@PDA组明显肿瘤增长趋势比PBS组小很多，同时PB@PDA的治疗效果要比PB组的治疗效果好。

此外从小鼠治疗过程中的红外热成像图可以看出注射PB@PDA一组肿瘤出的温度上升速度高于PB组，且更接近于有效治疗温度。从图6C中不难看出，PB组在5min时肿瘤处温度达到44℃，而PB@PDA组在1min时便可达45℃，而在5min时温度更是达到了60℃，比PB组高了16℃。这足可以表明PB@PDA与PB相比有更高的光热效应，即光能转化为热能的效率更高，使得光热疗法的治疗效果更加显著。

以上所述，仅为本发明较佳实施例而已，故不能依此限定本发明实施的范围，即依本发明专利范围及说明书内容所作的等效变化与修饰，皆应仍属本发明涵盖的范围内。

Claims (10)

1.聚多巴胺包覆PB纳米粒子作为光热治疗剂的用途，其中，所述的聚多巴胺包覆PB纳米粒子为PB@PDA。

2.聚多巴胺包覆PB纳米粒子作为肿瘤治疗剂的用途，其中，所述的聚多巴胺包覆PB纳米粒子为PB@PDA。

3.如权利要求1或2所述的用途，其特征在于，所述的聚多巴胺和PB之间的质量比为1-5:1-5。

4.如权利要求1或2所述的用途，其特征在于，所述的聚多巴胺和PB之间的质量比为1-2:1-2。

5.如权利要求1或2所述的用途，其特征在于，所述的普鲁士蓝核的粒径为150-250nm，包覆层聚多巴胺的厚度在5-50nm。

6.如权利要求1或2所述的用途，其特征在于，所述的普鲁士蓝核的粒径为170-200nm，包覆层聚多巴胺的厚度在10-30nm。

7.如权利要求1或2所述的用途，其特征在于，所述的聚多巴胺包覆PB纳米粒子的合成方法，包括如下步骤：

1)合成普鲁士蓝纳米粒子；

2)配置1-20nM的Tris-HCl溶液；

3)取0.5-5mgPB，溶于20-50ml步骤2)的Tris-HCl溶液，再称取0.5-5mg的盐酸多巴胺加入，充分搅拌，生成PB@PDA粒子；然后充分洗涤，获得PB@PDA粒子。

8.如权利要求7所述的用途，其特征在于，步骤3)所述的充分搅拌为，先超声1-30分钟,然后放入搅拌机内，恒温20-30℃搅拌1-10小时。

9.如权利要求7所述的用途，其特征在于，步骤4)所述的充分洗涤，为加入超纯水进行离心洗涤2-6次，设置转速为5000-15000rmp，每次时间为1-10分钟。

10.聚多巴胺包覆PB纳米粒子的合成方法，包括如下步骤：

1)合成普鲁士蓝纳米粒子；

2)配置1-20nM的Tris-HCl溶液；

3)取0.5-5mgPB，溶于20-50ml步骤2)的Tris-HCl溶液，再称取0.5-5mg的盐酸多巴胺加入，充分搅拌，生成PB@PDA粒子；然后充分洗涤，获得PB@PDA粒子。