CN108815525B - 一种多功能聚吡咯包覆载药介孔二氧化钛纳米粒及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种多功能聚吡咯包覆载药介孔二氧化钛纳米粒及其制备方法。介孔二氧化钛作为药物载体和声敏剂，与良好的光热转换材料聚吡咯相结合，可实现化疗，光热治疗以及声动力治疗的联合抗肿瘤作用。聚吡咯包覆载药介孔二氧化钛纳米粒的制备工艺方便简单，粒径约为156nm，可通过肿瘤部位的高渗透和滞留效应实现被动靶向，实现对肿瘤细胞的有效杀伤作用，同时减少对周围正常组织和细胞的毒副作用。此外，聚吡咯包覆载药介孔二氧化钛纳米粒还具有一定的超声显影潜能，可进一步实现在肿瘤部位的精准治疗。聚吡咯包覆载药介孔二氧化钛纳米粒的生物相容性良好，在治疗期间可减少患者的痛苦，增加病人的顺应性，具有广阔的应用前景。
Description
技术领域
本发明涉及医疗药物领域，具体涉及聚吡咯包覆载药介孔二氧化钛纳米粒的制备方法及其应用。
背景技术
声动力疗法(SDT)作为针对肿瘤的非侵入性疗法之一，近年来受到了广泛的关注。声动力疗法能够借助超声波和可被超声波刺激的化学物质来杀死肿瘤细胞。SDT的机制主要包括空化效应，产生可杀伤细胞的活性氧和超声诱导的细胞凋亡。SDT是在光动力治疗(PDT)的基础上形成的，但是SDT比PDT有更深的肿瘤穿透度。由于超声可以在肿瘤部位激活声敏剂并发挥抗肿瘤作用，所以在杀死肿瘤细胞的同时，对附近的正常细胞具有较小的细胞毒性。此外，SDT不仅可以提高细胞膜的通透性，从而促进纳米颗粒在肿瘤细胞中的聚集，还可以通过增强细胞摄取来提高药物疗效。
作为另一种备受关注的非侵入性治疗方法，光热疗法(PTT)采用光吸收纳米材料，可将近红外(NIR，700-1100nm)激光转化为热量，以实现肿瘤细胞的热消融。利用具有良好的光热转换能力且生物相容性好的光热材料对光热疗法至关重要。然而，PTT的缺点在于其有限的光穿透深度，并且热分布可能不均匀，因此仅采用光热疗法可能不足以有效的杀伤肿瘤细胞。为此，将PTT与SDT结合起来可以在一定程度上解决以上问题并增强治疗效果。
二氧化钛是一种使用广泛的半导体材料，已被应用于能量储存和转换，锂离子电池，防晒板，光催化剂，传感器研究等各个领域。它也被应用于生物医学领域，如干细胞扩增，移植物，抗肿瘤载体和生物分子粘附剂等。其广泛的应用主要是由于二氧化钛具有成本低，生物相容性良好，环保特性和化学耐久性等优点。二氧化钛还是一种很好的声动力治疗和光动力治疗的敏化剂，因为它能够在紫外线或超声波的辐射下产生可杀死肿瘤细胞的活性氧。然而，由于二氧化钛在水中的分散性差以及表面官能团不足，其在生物医学领域中的应用受到一定限制。利用具有大比表面积的介孔二氧化钛可在一定程度上解决上述问题。另外，已有研究报道聚吡咯具有较好的光稳定性和生物安全性，是一种理想的光热转换材料。所以，将介孔二氧化钛与聚吡咯结合，可实现化疗，光热治疗和声动力治疗的一体化。
在本发明中采用水热法和氧化聚合法制备的聚吡咯包覆载药介孔二氧化钛纳米粒，其制备工艺方便简单，粒径较小，可通过肿瘤部位的高渗透和滞留效应实现被动靶向，同时发挥化疗，光热治疗和声动力治疗的协同作用，实现对肿瘤细胞的有效杀伤，同时可减少对周围正常组织和细胞的毒副作用。此外，聚吡咯包覆载药介孔二氧化钛纳米粒还具有一定的超声显影的潜能，可进一步实现肿瘤部位的精准治疗。聚吡咯包覆载药介孔二氧化钛纳米粒的生物相容性良好，在治疗期间可减少患者的痛苦，增加病人的顺应性，具有广阔的应用前景。
发明内容
本发明的目的在于利用作为声敏剂的介孔二氧化钛及其较好的载药能力，以和厚朴酚为模型药物，通过与良好的光热转换材料聚吡咯相结合，实现集化疗，声动力治疗及光热治疗为一体的多功能纳米粒。该纳米粒的制备方法简单，生物相容性好，且粒径较小，可通过肿瘤部位的高渗透和滞留效应实现被动靶向。此外，聚吡咯包覆载药介孔二氧化钛纳米粒还具有一定的超声显影潜能，可进一步实现肿瘤部位的精准治疗，减少对周围正常组织和细胞的毒副作用。本发明制备的聚吡咯包覆载药介孔二氧化钛纳米粒具有较好的杀伤肿瘤细胞的能力，并可在治疗期间的疼痛减少病人，增加病人的顺应性，具有广阔的临床应用前景。
本发明的目的可以通过以下技术方案实现：
步骤1：取适量钛酸四丁酯和一定量的乙酸混合并搅拌均匀，迅速加入少量的去离子水，将上述溶液在室温下搅拌10分钟后，转移到水热反应釜中于150℃下反应12小时，通过离心，沉淀用水洗涤数次，冷冻干燥后得到介孔二氧化钛纳米粒。
步骤2：将一定量的聚乙烯醇加入到去离子水中并在60℃下搅拌20分钟，完全溶解后，得到聚乙烯醇溶液。
步骤3：将步骤1得到的介孔二氧化钛纳米粒分散于步骤2得到的聚乙烯醇溶液中，再加入适量六水三氯化铁，1小时后，避光加入一定量的吡咯单体，5℃下反应4小时，离心，沉淀用水洗涤数次后，再分散于水中，即得到聚吡咯包覆介孔二氧化钛纳米粒。
步骤4：称取一定量的和厚朴酚，溶于乙醇，得到和厚朴酚溶液。
步骤5：将步骤3得到的聚吡咯包覆介孔二氧化钛纳米粒与步骤4得到的和厚朴酚溶液混合并搅拌一定时间，旋蒸除去乙醇后，得到聚吡咯包覆载药介孔二氧化钛纳米粒。
本发明采用水热法和氧化聚合法成功制备了聚吡咯包覆载药介孔二氧化钛纳米粒，具有制备方法简单方便、耗时少、毒性低、多功能性的优点。
附图说明
图1为本发明实例1中聚吡咯包覆介孔二氧化钛纳米粒的电镜图。
图2为本发明实施例1中聚吡咯包覆介孔二氧化钛纳米粒的粒径分布图。
图3为本发明实例1聚吡咯包覆介孔二氧化钛纳米粒的红外图。
图4为本发明实例2聚吡咯包覆载药介孔二氧化钛纳米粒的体外药物释放图。
图5为本发明实例2聚吡咯包覆介孔二氧化钛纳米粒在红外激光照射下的升温图。
图6为本发明实例2聚吡咯包覆介孔二氧化钛纳米粒在超声作用下的荧光强度变化图。
图7为本发明实例2聚吡咯包覆载药介孔二氧化钛纳米粒MTT实验细胞活力图。
图8为本发明实例2聚吡咯包覆介孔二氧化钛纳米粒的超声显影图。
具体实施方式
以下结合附图实施例对本发明进行详细描述，但本发明并不仅限于下述实施例。
实施例1
1.介孔二氧化钛纳米粒的制备
在磁力搅拌下将1mL钛酸四丁酯(TBT)加入到15mL乙酸中，然后迅速加入0.5mL去离子水。将上述溶液在室温下搅拌10分钟，然后转移到水热反应釜中并在150℃下反应12小时。最后，通过离心洗涤得到白色的介孔二氧化钛纳米粒。
2.聚吡咯包覆介孔二氧化钛纳米粒的制备
将0.3g聚乙烯醇(PVA)加入到4mL去离子水中并在60℃下搅拌20分钟，使其完全溶解。将15mg介孔二氧化钛纳米粒分散于PVA溶液中，再加入4mL FeCl3·6H2O。1小时后，在避光条件下加入28μL吡咯单体并在5℃下反应4小时。最后通过离心洗涤数次，得到聚吡咯包覆的介孔二氧化钛纳米粒。
3.聚吡咯包覆载药介孔二氧化钛纳米粒的制备
将聚吡咯包覆介孔二氧化钛纳米粒溶液加入到2mL,1mg/mL的和厚朴酚溶液中，搅拌过夜，旋蒸除去乙醇后，得到聚吡咯包覆载药介孔二氧化钛纳米粒。
将制成的聚吡咯包覆介孔二氧化钛纳米粒稀释一定倍数后，用扫描电镜观察其形态。由图1可知，聚吡咯包覆介孔二氧化钛纳米粒呈球形结构。如图2所示，利用马尔文激光粒度仪测得介孔二氧化钛纳米粒，聚吡咯包覆介孔二氧化钛纳米粒的平均粒径分别为95.6±3.2nm，156.3±2.4nm，表明聚吡咯的厚度约为30nm。利用傅立叶变换红外光谱法测得的结果如图3，在(a)中发现介孔二氧化钛纳米粒的基本特征峰，其分别在3358cm-1，440cm-1处出现羟基伸缩振动峰，钛氧键伸缩振动峰。(b)中观察到聚吡咯纳米粒的典型峰，分别为3449cm-1处的氮氢键伸缩振动峰,1632cm-1碳碳双键伸缩振动峰以及1172cm-1碳氮键伸缩振动峰。在聚吡咯包覆介孔二氧化钛纳米粒的谱图(c)中，介孔二氧化钛和聚吡咯纳米粒的主要特征峰均被检测到，表明聚吡咯包覆介孔二氧化钛纳米粒的成功制备。
实施例2
1.聚吡咯包覆载药介孔二氧化钛纳米粒的体外药物释放实验
将和厚朴酚原料药和聚吡咯包覆载药介孔二氧化钛纳米粒同时进行体外药物释放考察，结果如图4所示。在72小时，和厚朴酚原料药的累积药物释放率仅达到49.7％。相比之下，聚吡咯包覆载药介孔二氧化钛纳米粒在12小时的累积药物释放率为70.4％，72小时后为93.0％，远高于和厚朴酚原料药的累积药物释放率。聚吡咯包覆载药介孔二氧化钛纳米粒不仅表现出较快释放速率，而且具有较高的累积药物释放率。
2.聚吡咯包覆介孔二氧化钛纳米粒光热转换能力的研究
将一系列不同浓度的聚吡咯包覆介孔二氧化钛纳米粒用808nm激光照射一定时间，记录其温度变化。如图5所示，水的温度在300秒内仅上升3℃，相比之下，聚吡咯包覆介孔二氧化钛纳米粒表现出良好的光热转换性能，且温度的升高呈浓度依赖性。这表明聚吡咯包覆介孔二氧化钛纳米粒具有令人满意的光稳定性。
3.聚吡咯包覆介孔二氧化钛纳米粒在超声作用下产生单线态氧的研究
将含有1,3二苯基异苯并呋喃的不同浓度的聚吡咯包覆介孔二氧化钛纳米粒在超声处理60秒后，用荧光分光光度计检测其荧光强度变化。如图6所示，不同浓度的聚吡咯包覆介孔二氧化钛纳米粒的荧光强度下降不明显，而当聚吡咯包覆介孔二氧化钛纳米粒被超声辐照后，荧光衰减趋势明显，并且荧光强度的降低呈现浓度依赖性，表明聚吡咯包覆介孔二氧化钛纳米粒在超声作用下产生了单线态氧。
4.聚吡咯包覆载药介孔二氧化钛纳米粒的细胞毒性实验
通过MTT法探究聚吡咯包覆载药介孔二氧化钛纳米粒在激光和超声的作用下对肿瘤细胞的杀伤能力。从图7可以看出，聚吡咯包覆载药介孔二氧化钛纳米粒联合光热和声动力治疗相较于其他组表现出最强的杀伤肿瘤细胞的能力。光热治疗和声动力治疗增强了彼此的细胞毒性，并且联合抗肿瘤药物，有效地抑制并杀伤肿瘤细胞。
5.超声显影实验
将不同浓度的介孔二氧化钛纳米粒和聚吡咯包覆介孔二氧化钛纳米粒放入琼脂凝胶中，探究其超声显影的能力。如图8所示，介孔二氧化钛纳米粒显示出超声成像性能，因此赋予了聚吡咯包覆介孔二氧化钛纳米粒一定的超声成像能力，并且显影效果随着聚吡咯包覆介孔二氧化钛纳米粒浓度的升高而增强，表明聚吡咯包覆介孔二氧化钛纳米粒具备作为超声造影剂的潜能。
Claims (2)
1.一种多功能聚吡咯包覆载药介孔二氧化钛纳米粒的制备方法，其特征在于包括以下步骤：
(1)在磁力搅拌下将1mL钛酸四丁酯加入到15mL乙酸中，然后迅速加入0.5mL去离子水，将上述溶液在室温下搅拌10分钟，然后转移到水热反应釜中并在150℃下反应12小时，最后，通过离心洗涤得到白色的介孔二氧化钛纳米粒；
(2)将0.3g聚乙烯醇加入到4mL去离子水中并在60℃下搅拌20分钟，使其完全溶解，将15mg介孔二氧化钛纳米粒分散于聚乙烯醇溶液中，再加入4mL六水三氯化铁溶液，1小时后，在避光条件下加入28μL吡咯单体并在5℃下反应4小时，最后通过离心洗涤数次，得到聚吡咯包覆的介孔二氧化钛纳米粒；
(3)将聚吡咯包覆介孔二氧化钛纳米粒溶液加入到2mL、1mg/mL的和厚朴酚溶液中，搅拌过夜，旋蒸除去乙醇后，得到多功能聚吡咯包覆载药介孔二氧化钛纳米粒。
2.一种由权利要求1所述方法得到的多功能聚吡咯包覆载药介孔二氧化钛纳米粒。
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