CN108723386A - 一种具有光热效应的金纳米枝晶颗粒的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种具有光热效应的金纳米枝晶颗粒的制备方法，本发明以金纳米颗粒作为种子，以长链胺作为诱导物，通过四氯金酸与胺基之间的螯合作用相互结合，再利用还原剂将与长链胺螯合的金离子还原成金属金，使得金种子周围逐步沉积链状金，从而形成枝晶结构。此外，可通过调控长链胺分子的种类、金纳米颗粒浓度、四氯金酸浓度，还原剂等以调控金纳米枝晶的支化程度，进而显著影响光热疗法的效果。本发明形成的金纳米枝晶分散性好，对正常细胞无毒副作用，显著提升金纳米颗粒的光热效应，在药物缓释、肿瘤检测、组织工程、酶工程等领域有广泛的应用前景。

Description

一种具有光热效应的金纳米枝晶颗粒的制备方法
技术领域
本发明属于生物医药材料领域，涉及一种具有光热效应的金纳米枝晶颗粒的制备方法。
背景技术
随着人类寿命的延长和自然环境的不断恶化，肿瘤对人类的威胁日益突出，已成为目前死亡的重要原因。对恶性肿瘤尤其是中晚期恶性肿瘤，传统的治疗手段主要包括手术，化疗和放射治疗等。化疗是一种使用抗肿瘤的化学药品对肿瘤患者进行治疗的手段，它对原发灶、转移灶和亚临床转移灶均有治疗作用，但化疗也有其显著缺点:化疗药物对杀灭肿瘤细胞并无特异性，因此在杀伤肿瘤细胞的同时，杀伤大量的正常细胞，从而引起患者出现恶心、呕吐等副作用，使化疗难以执行
光热治疗是近年来备受关注的新型肿瘤治疗方式之一。它是指利用致热源，将肿瘤区或全身加热至有效治疗温度，利用正常组织和肿瘤组织对温度耐受力的差异。光热治疗作为一种物理治疗方法，能够在无创或者微创的情况下，有效缩小肿瘤体积，缓解患者病情。目前，用于光热治疗的生物材料多为纳米级(小于100nm)。由于肿瘤组织微血管通透性亢进和不健全的淋巴引流系统导致的高通透高滞留效应，在小于300nm的尺寸范围内的纳米颗粒易通过细胞屏障，优先聚于肿瘤组织中。然而，传统的1-30nm的纳米材料不仅能够穿透肿瘤组织的血管屏障，而且还能够穿透体内其它组织的血管屏障，进入正常组织、细胞，对正常机体产生一定毒性。另外，由于1-30nm的纳米材料较小，光热效应影响范围小，使得癌症在光热治疗时，光热稳定性较差，这些不足都限制了其在肿瘤光热治疗中更广泛的应用。
纳米枝晶是具有超支化纳米结构特征的的一组纳米颗粒。由于枝晶具有极大的表面积以及具有聚集光热效应，提高了光热转换效率和催化效率，因此最近受到了广泛的关注。尽管树状晶体纳米颗粒已经可以通过不同方法准备，但是其分支程度仍然不可控，这使得研究人员难以了解不同分支程度对该晶体颗粒性质的影响。如专利公告号为：CN105908220A的中国发明专利公开了一种液相电沉积制备微纳米银枝晶的方法，制备了一种树枝状纳米银的枝晶制备方法，然而该枝晶只在横线主干直径上为纳米级，其枝晶的长度却远超5微米，不能用于体内肿瘤的治疗，同时该合成枝晶方法的支化程度不可控。
综上所述，目前还没有一种工序简单，枝晶支化程度可控，直径在30-300nm(体内使用安全范围)，光热转换效率高的枝晶纳米颗粒的合成方法。
发明内容
本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供了一种具有光热效应的金纳米枝晶颗粒的制备方法。
本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：一种具有光热效应的金纳米枝晶颗粒的制备方法，包括如下步骤：
(1)球形金纳米粒籽的制备：将0.5-5mL的50mM的四氯金酸水溶液加入到50mL去离子水中煮沸5分钟，然后加入1-20mL的30mM的柠檬酸钠的水溶液、维生素C的水溶液或硼氢化钠的水溶液进行还原，使混合物反应15分钟，然后冷却至室温，11000rpm离心30min，再分散到50mL的去离子水中，得到球形金纳米粒籽；
(2)疏水性金纳米枝晶的制备：将10-500μL步骤(1)得到的球形金纳米粒籽、1-8mL浓度为0.2M的胺的甲醇溶液、20-500μL浓度为150mM的氯金酸的乙醇溶液和30μL浓度为0.3M的维生素C的甲醇溶液加入反应瓶中进行反应，再将其置于搅拌摇床上约10分钟至24小时以形成金纳米枝晶，再将金纳米枝晶在5000rpm速度下离心10min，用氯仿洗涤一次，最后分散到5mL的四氢呋喃(THF)溶液中，得到疏水性金纳米枝晶；
(3)亲水性金纳米枝晶的制备：将0.1-10mg的聚乙烯吡咯烷酮(PVP)加入步骤(2)中的疏水性金纳米枝晶中，超声处理，并静置过夜；随后，通过离心收集纳米颗粒，用水洗涤一次后再分散入水中，得到亲水性金纳米枝晶。
进一步地，所述步骤(2)中，所使用的胺选自丁胺、辛胺、十二胺、十六胺、十八烷基胺、油胺，N-甲基十二烷基胺、N，N-二甲基十二烷基胺或十二烷基三甲基溴化铵。
进一步地，所述步骤(3)中，制备的亲水性金纳米枝晶的直径为30nm-200nm。
由于上述技术方案的运用，本发明与现有技术相比，其有益效果是：
(1)枝晶的支化程度可控，通过调控长链胺分子的种类、金纳米颗粒浓度、四氯金酸浓度，还原剂等以调控金纳米枝晶的支化程度。
(2)操作简单，没有复杂繁琐的制备过程，不需要特殊加热、加压设备。
(3)由于枝晶外表面包覆了一层生物安全性的PVP聚合物，因此具有良好的生物相容性以及更长的体内半衰期。
(4)与其它枝晶材料相比，具有良好的分散性及在溶剂中的稳定性。
(5)由于枝晶颗粒具有聚集光热响应以及安全的尺寸大小(30-200nm)，因此具有更高的光热转换效率，从而提高了肿瘤细胞的杀伤率。
附图说明
图1为实施例1中支化程度高的金纳米枝晶颗粒；
图2为实施例2中支化程度中等的金纳米枝晶颗粒；
图3为实施例3中支化程度低的金纳米枝晶颗粒；
图4为实施例4中不同浓度的金纳米枝晶在808nm激光照射5min后的升温曲线；
图5为实施例6中金纳米枝晶在808nm近红外激光照射5min后，对细胞形貌的影响。
具体实施方式
下面通过实施例对本发明作进一步的详细说明，以下实施例是对本发明的解释而本发明并不局限于以下实施例。
本发明的实施例如下：
实施例1
(1)球形金纳米粒籽的制备：将0.5mL的50mM的四氯金酸水溶液加入到50mL去离子水中煮沸5分钟，然后加入1mL的30mM的柠檬酸钠溶液进行还原，使混合物反应15分钟，然后冷却至室温，11000rpm离心30min，再分散到50mL的去离子水中，得到球形金纳米粒籽；
(2)疏水性金纳米枝晶的制备：将步骤(1)中500μL的球形金纳米粒籽、8mL浓度为0.2M 的N，N-二甲基十二烷基胺甲醇溶液、500μL浓度为150mM的氯金酸乙醇溶液和30μL浓度为0.3M的维生素C甲醇溶液加入反应瓶中进行反应，再将其置于搅拌摇床上约10分钟至24小时以形成金纳米枝晶，此后再将纳米微粒在5000rpm速度下离心10min，用氯仿洗涤一次，最后分散到5mL的四氢呋喃(THF)溶液中，得到枝晶程度高的疏水性金纳米枝晶(如图1所示)。
实施例2
(1)球形金纳米粒籽的制备：将5mL的50mM的四氯金酸水溶液加入到50mL去离子水中煮沸5分钟，然后加入20mL的30mM的柠檬酸钠溶液进行还原，使混合物反应15分钟，然后冷却至室温，11000rpm离心30min，再分散到50mL的去离子水中，得到球形金纳米粒籽；
(2)疏水性金纳米枝晶的制备：将步骤(1)中10μL的球形金纳米粒籽、1mL浓度为0.2M 的油胺甲醇溶液、20μL浓度为150mM的氯金酸乙醇溶液和30μL浓度为0.3M的维生素C甲醇溶液加入反应瓶中进行反应，再将其置于搅拌摇床上约10分钟至24小时以形成金纳米枝晶，此后再将纳米微粒在5000rpm速度下离心10min，用氯仿洗涤一次，最后分散到5mL 的四氢呋喃溶液中，得到疏水性金纳米枝晶。
(3)亲水性金纳米枝晶的制备：将10mg的PVP加入步骤(2)中的疏水性金纳米枝晶体系中，超声处理，并静置过夜。随后，通过离心收集纳米颗粒，用水洗涤一次后再分散入水中，得到枝晶程度中等的亲水性金纳米枝晶(如图2所示)。
实施例3
(1)球形金纳米粒籽的制备：将2mL的50mM的四氯金酸水溶液加入到50mL去离子水中煮沸5分钟，然后加入5mL的30mM的柠檬酸钠溶液进行还原，使混合物反应15分钟，然后冷却至室温，11000rpm离心30min，再分散到50mL的去离子水中，得到球形金纳米粒籽；
(2)疏水性金纳米枝晶的制备：将步骤(1)中50μL的球形金纳米粒籽、4mL浓度为0.2M 的十二烷基三甲基溴化铵甲醇溶液、100μL浓度为150mM的氯金酸乙醇溶液和30μL浓度为0.3M的维生素C甲醇溶液加入反应瓶中进行反应，再将其置于搅拌摇床上约10分钟至24 小时以形成金纳米枝晶，此后再将纳米微粒在5000rpm速度下离心10min，用氯仿洗涤一次，最后分散到5mL的四氢呋喃(THF)溶液中，得到疏水性金纳米枝晶。
(3)亲水性金纳米枝晶的制备：将0.1mg的PVP加入步骤(2)中的疏水性金纳米枝晶体系中，超声处理，并静置过夜。随后，通过离心收集纳米颗粒，用水洗涤一次后再分散入水中，得到枝晶程度低的亲水性金纳米枝晶(如图3所示)。
实施例4
(1)球形金纳米粒籽的制备：将2mL的50mM的四氯金酸水溶液加入到50mL去离子水中煮沸5分钟，然后加入4mL的30mM的柠檬酸钠溶液进行还原，使混合物反应15分钟，然后冷却至室温，11000rpm离心30min，再分散到50mL的去离子水中，得到球形金纳米粒籽；
(2)疏水性金纳米枝晶的制备：将步骤(1)中50μL的球形金纳米粒籽、4mL浓度为0.2M 的十二烷基三甲基溴化铵甲醇溶液、50μL浓度为150mM的氯金酸乙醇溶液和30μL浓度为0.3M的维生素C甲醇溶液加入反应瓶中进行反应，再将其置于搅拌摇床上约10分钟至24小时以形成金纳米枝晶，此后再将纳米微粒在5000rpm速度下离心10min，用氯仿洗涤一次，最后分散到5mL的四氢呋喃(THF)溶液中，得到疏水性金纳米枝晶。
(3)亲水性金纳米枝晶的制备：将2mg的PVP加入步骤(2)中的疏水性金纳米枝晶体系中，超声处理，并静置过夜。随后，通过离心收集纳米颗粒，用水洗涤一次后再分散入水中，得到枝晶程度低的亲水性金纳米枝晶。
(4)金纳米枝晶的光热效应：通过808nm波长的近红外光激发，功率为1W/cm2，照射时间 5min。如图4所示：与10nm直径的纳米金颗粒相比，金纳米枝晶最高能使得加热温度提高 25度，金纳米枝晶具有明显的聚集光热效应。
实施例5
将实施例4制备的金纳米枝晶分别以2μL、5μL和10μL的添加量加入到人纤维细胞中培养48小时。所有添加金纳米枝晶组与未添加组的细胞数量都没有显著的差异，说明本发明制备的金纳米枝晶颗粒具有良好的生物相容性。
实施例6
将实施例4制备的金纳米枝晶分别以2μL、5μL和10μL的添加量加入到HepG2细胞系中培养24小时后，通过808nm波长的近红外光照射细胞，功率为2W/cm2，照射时间为5min。所有添加金纳米枝晶组与未添加组的细胞数量都有显著性的差异，且10μL的添加组具有最低的细胞数量，说明本发明制备的金纳米枝晶颗粒在近红外光照射下具有很好的光热转换效应和移植肿瘤细胞生长的效果。
本发明以纳米金纳米粒子为种子，用长链胺分子作为结构模板，引导四氯金酸在其表面的粘附来制备金纳米枝晶。本发明制备的金纳米枝晶具有良好的分散性、可控枝晶支化程度、很高的比表面积、良好的生物相容性、较强光热转换效应，因此从根本上彻底解决了以上的问题。

Claims (5)

1.一种具有光热效应的金纳米枝晶颗粒的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)球形金纳米粒籽的制备：将0.5-5mL的50mM的四氯金酸水溶液加入到50mL去离子水中煮沸5分钟，然后加入1-20mL的30mM的柠檬酸钠的水溶液、维生素C的水溶液或硼氢化钠的水溶液进行还原，使混合物反应15分钟，然后冷却至室温，11000rpm离心30min，再分散到50mL的去离子水中，得到球形金纳米粒籽。
(2)疏水性金纳米枝晶的制备：将10-500μL步骤1得到的球形金纳米粒籽、1-8mL浓度为0.2M的胺的甲醇溶液、20-500μL浓度为150mM的氯金酸的乙醇溶液和30μL浓度为0.3M的维生素C的甲醇溶液加入反应瓶中进行反应，再将其置于搅拌摇床上约10分钟至24小时以形成金纳米枝晶，再将金纳米枝晶在5000rpm速度下离心10min，用氯仿洗涤一次，最后分散到5mL的四氢呋喃溶液中，得到疏水性金纳米枝晶。
(3)亲水性金纳米枝晶的制备：将0.1-10mg的聚乙烯吡咯烷酮加入步骤2中的疏水性金纳米枝晶中，超声处理，并静置过夜。随后，通过离心收集纳米颗粒，用水洗涤一次后再分散入水中，得到亲水性金纳米枝晶。
2.根据权利要求1所述的一种具有光热效应的金纳米枝晶颗粒的制备方法，其特征在于：所述步骤2中，所使用的胺可以是丁胺、辛胺、十二胺、十六胺、十八烷基胺、油胺，N-甲基十二烷基胺、N，N-二甲基十二烷基胺或十二烷基三甲基溴化铵。
3.根据权利要求1所述的一种具有光热效应的金纳米枝晶颗粒的制备方法，其特征在于：所述步骤3中，制备的亲水性金纳米枝晶的直径约为30nm-200nm。
4.根据权利要求1所述的一种具有光热效应的金纳米枝晶颗粒的制备方法，其特征在于：所述的亲水性金纳米枝晶具有很强的光热转换效应，在近红外光的激发下，功率为2W/cm2，照射时间5min，能杀灭60％的癌症细胞。
5.根据权利要求1所述的一种具有光热效应的金纳米枝晶颗粒的制备方法，其特征在于：所述的亲水性金纳米枝晶具有良好的生物相容性。
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