CN108853494A - 温度触发的载药硫化铜纳米笼的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及药物化学的合成领域，更具体地涉及从合成氧化亚铜、空心硫化铜以及最终的载药及相变材料的封装等各步的具体方法。温度触发的载药硫化铜纳米笼的制备方法制备方法具体包括以下步骤：（1）利用水合肼还原法合成氧化亚铜（2）离子交换法合成空心多孔的硫化铜（3）利用物理吸附法在空心多孔的硫化铜载体内包裹上抗癌药物阿霉素（DOX）和光敏剂二氢卟吩e6（Ce6）（4）利用相变材料把空心硫化铜表面的孔堵住，从而将药物牢牢地锁定在载体内。所得到的复合纳米药物递送系统具有高的药物上载量、精准控制释放、并且可达到药物零释放以及良好的生物相容性等优点。

Description

温度触发的载药硫化铜纳米笼的制备方法
技术领域
本发明涉及化学药物领域，具体涉及具有温度触发的药物释放以及光热/光动力/化疗与一体的联合疗法的硫化铜纳米笼的制备与用途。
背景技术
对于光热治疗，开发具有优良特性的光热转化剂是取得有效光热治疗的关键。目前金属纳米材料、金属硫化物材料、碳纳米材料、有机材料等多种类型的光热转化剂被广泛用于肿瘤的光热治疗。在众多类型的光热转化剂中，近年来报道的金属硫化物纳米颗粒备受关注，且基于中空的纳米药物输送系统已被开发用于光热/化疗协同治疗，中空金属硫化物纳米粒子具有很高的光热转换效率并可包埋抗癌药物。其中，空心硫化铜纳米颗粒因其优良的热稳定性和光热转化效率而成为一种极具潜力的光热治疗平台。空心硫化铜纳米颗粒，具有内腔容量大和介孔粒径可调控，可作为潜在的药物载体，将纳米药物输送到肿瘤区域。这为硫化铜纳米颗粒在纳米生物医学中的应用提供了更多可能性。
近年来，联合治疗的理念得到了众多科学家认可。近几年，诸多用于联合治疗的纳米药物合成和开发用于肿瘤治疗。其中，阿霉素(Doxorubicin, DOX,别称：多柔比星;亚法里亚霉素等，化学结构式：C27H29NO11，CAS号：23214-92-8，相对分子量：543.52）。由于其自身具有良好的亲核性，被载体运输到肿瘤部位后，很容易进入到细胞核内，并与细胞核结合，从而阻断细胞复制过程，杀死细胞，一直被广泛用来作为化疗药物的首选。 在光动力治疗方面，光敏剂二氢卟吩e6(Chlorin e6 , Ce6, 化学结构式：C34H36N4O6，CAS号：19660-77-6，相对分子量：596.68）。具有两亲性能（亲水性和亲脂性），能产生良好的肿瘤/正常组织比率，吸收波长在红光区（664nm），且产生单线态氧量子产率的能力高，暗毒性低，因此可以很好的用于肿瘤的相关治疗。
同时，近年发展起来的热敏相变材料也备受关注。即通过在纳米材料中引入相变材料，然后利用光热效应引起的局部温度升高，使热敏相变材料从固态变为液态，从而将纳米粒子包裹的药物释放出来，达到在肿瘤部位定点定时释放的目的。
发明内容
由于目前用于治疗肿瘤的药物递送载体其作用单一，不仅无法达到精准的药物控制释放，而且生物相容性、降解性较差，本发明旨在合成一种具有较良好好生物相容性和降解性同时又能精准控制药物的释放，温控药物释放的作用下结合传统化疗方法和光热以及光动力疗法的新型药物递送平台。
本发明的技术方案具体如下：
温度触发的载药硫化铜纳米笼的制备方法，包含以下步骤：
（1）将二价铜盐加入异丙醇溶液中，然后磁力搅拌至硫化铜完全溶解；
（2）向步骤（1）得到的混合溶液中加入聚乙烯吡咯烷酮（PVP K30），磁力搅拌几分钟至溶解；
（3）向步骤（2）得到的混合溶液中加入氢氧化钠（NaOH）溶液，搅拌约10 min；
（4）向步骤（3）得到的混合溶液中加入水合肼(N2H4∙H2O)溶液；常温下磁力搅拌约10min，直至生成橙色溶液，用去离子水和无水乙醇洗涤三次，离心分离得到Cu2O；
（5）将步骤（4）得到的Cu2O重新悬浮于一定体积的水中，然后向Cu2O水溶液逐滴加入(NH4)2SO4 溶液，常温下磁力搅拌2 h，用去离子水和无水乙醇洗涤三次，离心分离得到空心多孔的硫化铜纳米颗粒(H-CuS NPs)；
（6）将步骤（5）得到的H-CuS NPs重新悬浮于甲醇溶液中，加入含有抗癌药物阿霉素（DOX）和光敏剂二氢卟吩e6（Ce6）的甲醇溶液，在特定搅拌温度下搅拌，待甲醇挥发后加入相变材料（phase change materials, PCM），并继续搅拌一定时间，然后在反应体系中加入特定温度的热水，再利用密度梯度离心，去除体系中过量的PCM及没有被上载的DOX和Ce6，最后用冰水洗涤沉淀，使体系中的PCM迅速凝固，即得到温度触发的载药硫化铜纳米笼((DOX+Ce6)/PCM@H-CuS NPs)。
进一步的，所述步骤（1）中的二价铜盐为二水合氯化铜、硫酸铜的一种或几种；所述步骤（1）中的二价铜盐的摩尔质量为0.1 mM；所述步骤（1）异丙醇的体积为60 mL。
进一步的，所述步骤（2）中聚乙烯吡咯烷酮（PVP K30）的质量为 0.2 g。
进一步的，所述步骤（3）中的NaOH溶液中，NaOH的摩尔质量为1 mM。
进一步的，所述步骤（4）中的水合肼(N2H4∙H2O)溶液的质量分数为35 wt%，体积为0.4 mL；所述步骤（4）中离心的转速为8000 rpm，离心的时间为15 min。
进一步的，所述步骤（5）中 (NH4)2SO4质量分数为20 wt%，加入的体积为35 µL；所述步骤（5）中离心的转速为8000 rpm，离心的时间为15 min。
进一步的，所述步骤（6）中DOX和Ce6的质量比为1:2-2:1; 所述步骤（6）中H-CuSNPs 和DOX的质量比为1:2-2:1，H-CuS NPs和Ce6的质量比为1:2-2:1；所述步骤（6）中相变材料（PCM）和H-CuS NPs的质量比为1:1-10:1；所述步骤（6）中特定搅拌温度为40°C - 90°C；所述步骤（6）中特定温度的热水中的特定温度为90°C。
进一步的，所述步骤（6）相变材料为肉豆蔻醇(1-tetradecanol, TD)、十五烷醇（1-pentadecanol, PD）的一种或几种。
本发明主要优点有：
针对目前纳米药物载体存在的问题，本项目创造性地提出能够实现多种治疗方法协同治疗同时又具有较好生物相容性及靶向性的纳米药物递送平台。本项目创新性地设计制备了一种温控型多功能无机纳米粒子，将光热、光动力和化疗巧妙结合用于乳腺癌的联合治疗。同时，将热敏材料与中空介孔材料结合在一起，构建出药物释放的温控开关，使药物只能在肿瘤部位释放，而在其他组织部位零释放，大大提高了药物的疗效，并降低了毒副作用。
附图说明
为了使本发明的目的、技术方案和有益效果更加清楚，本发明提供如下附图：
图1为本发明实施例1温度触发的载药硫化铜纳米笼（(DOX+Ce6)/PCM@H-CuS NPs）的合成及作用机理示意图。
图2为本发明实施例1中温度触发的载药硫化铜纳米笼的电镜图。
图3为本发明实施例1中温度触发的载药硫化铜纳米笼的DLS及近红外光谱吸收图。
图4为本发明实施例1中温度触发的载药硫化铜纳米笼的药物释放图。
图5为本发明实施例1中温度触发的载药硫化铜纳米笼对4T1癌细胞24h的体外毒性图。
图6为本发明实施例1中温度触发的载药硫化铜纳米笼对乳腺癌小鼠模型的体内治疗效果图。
具体实施方式
以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
实施例1 制备温度触发的载药硫化铜纳米笼。
（1）Cu2O的制备：首先将0.1 mmol 二水氯化铜加入60 mL异丙醇溶液中,常温下磁力搅拌均匀，使其完全溶解。在上述体系中加入0.2 g表面修饰剂聚乙烯吡咯烷酮 (PVPK30)，常温下磁力搅拌至其溶解，然后再加入1 mmol 的氢氧化钠溶液，使整个体系呈碱性环境。将二价铜离子还原为一价亚铜离子。向上述体系中逐滴加入0.4 mL 质量分数为35%的水合肼溶液，常温下磁力搅拌10 min, 至溶液颜色逐渐变为橙色，即生成了氧化亚铜纳米粒子。
（2）H-CuS NPs 的制备：将上述橙色溶液离心得到氧化亚铜纳米粒子。用乙醇和去离子水洗涤三次，然后将沉淀重悬于去离子水中得到纯净的氧化亚铜纳米粒子。然后加入35 µL质量分数为35%的硫化铵溶液，常温下磁力搅拌2 h。反应液逐渐变为墨绿色，即生成了空心硫化铜纳米粒子。 8000 rpm 离心15 min分离制备的硫化铜，用乙醇和去离子水洗涤三次纯化并得到的空心硫化铜纳米粒子。将所得产物置于60 OC真空干燥箱中干燥备用。
（3）(DOX+Ce6)/PCM@H-CuS NPs的制备：将制备得到的空心硫化铜纳米粒子分散于甲醇溶液中,配置成2 mg/mL 的溶液，取3 mL加入等体积的DOX (1 mg/mL)和Ce6(1 mg/mL)的甲醇混合液中，40 OC条件下磁力搅拌5 h, 至甲醇完全挥发。将10 mg的肉豆蔻醇(1-tetradecanol, TD) 加入到上述溶液中，继续搅拌一定时间后，在反应体系中加入约10 mL的热水（90 OC），立即离心（8000 rpm 离心10 min)，利用TD和负载了药物的纳米粒子密度不同将过量的TD以及没有上载的DOX和Ce6分离出来，然后用冰水洗涤沉淀，使体系中的TD迅速凝固，得到温度触发的载药硫化铜纳米笼((DOX+Ce6)/PCM@H-CuS NPs)。
图1所示为温度触发的载药硫化铜纳米笼（(DOX+Ce6)/PCM@H-CuS NPs）的合成及作用机理示意图。图2为温度触发的载药硫化铜纳米笼（(DOX+Ce6)/PCM@H-CuS NPs）的电镜图， TEM结果显示H-CuS 纳米颗粒（2a）直径约为184.2±4.8 nm，(DOX+Ce6)/PCM@H-CuS 纳米颗粒（2b）直径约为186.3 ±3.7 nm。此外场发射以及EDS图（2c-2h）都表明成功合成出了空心介孔的硫化铜纳米颗粒。其DLS图见图3，结果显示H-CuS 纳米颗粒（3a）水合粒径约为182.3 ± 0.6nm，(DOX+Ce6)/PCM@H-CuS 纳米颗粒（3b）水合粒径约为225.2 ± 19.5 nm。稍微大于TEM的测试结果。其点位图以及近红外光谱见图3，结果显示CuS、DOX、Ce6的特征峰在(DOX+Ce6)/PCM@H-CuS上均存在，说明(DOX+Ce6)/PCM@H-CuS已成功的合成。图4是所得纳米颗粒在体外不同温度条件下的一个药物释放情况，从图中可以看出，只有当温度为45°C（大于TD的熔点：38.5°C）时才有药物释放，低于相变材料熔点的温度或没有近红外照射的情况下则无药物释放，表明该方法制备的得到的硫化铜复合纳米颗粒可以有效地达到温控释放的效果。图5是所得纳米颗粒对4T1肿瘤细胞24h的体外毒性示意图，从图中可以看出通过不同的处理，对4T1肿瘤细胞的毒性表现出一个很好的光控毒性以及协同作用。图6是所得纳米颗粒对裸鼠4T1肿瘤细胞模型的体内治疗效果的图，从图中可以看出通过不同的处理，该方法合成的硫化铜复合纳米粒子对裸鼠4T1肿瘤细胞模型体现出了一个明显的治疗效果。
最后说明的是，以上优选实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管通过上述优选实施例已经对本发明进行了详细的描述，但本领域技术人员应当理解，可以在形式上和细节上对其做出各种各样的改变，而不偏离本发明权利要求书所限定的范围。

Claims (8)

1.温度触发的载药硫化铜纳米笼的制备方法，其特征在于：包含以下步骤：
（1）将二价铜盐加入异丙醇溶液中，然后磁力搅拌至硫化铜完全溶解；
（2）向步骤（1）得到的混合溶液中加入聚乙烯吡咯烷酮（PVP K30），磁力搅拌几分钟至溶解；
（3）向步骤（2）得到的混合溶液中加入氢氧化钠（NaOH）溶液，搅拌约10 min；
（4）向步骤（3）得到的混合溶液中加入水合肼(N2H4∙H2O)溶液；常温下磁力搅拌约10min，直至生成橙色溶液，用去离子水和无水乙醇洗涤三次，离心分离得到Cu2O；
（5）将步骤（4）得到的Cu2O重新悬浮于一定体积的水中，然后向Cu2O水溶液逐滴加入(NH4)2SO4 溶液，常温下磁力搅拌2 h，用去离子水和无水乙醇洗涤三次，离心分离得到空心多孔的硫化铜纳米颗粒(H-CuS NPs)；
（6）将步骤（5）得到的H-CuS NPs重新悬浮于甲醇溶液中，加入含有抗癌药物阿霉素（DOX）和光敏剂二氢卟吩e6（Ce6）的甲醇溶液，在特定搅拌温度下搅拌，待甲醇挥发后加入相变材料（phase change materials, PCM），并继续搅拌一定时间，然后在反应体系中加入特定温度的热水，再利用密度梯度离心，去除体系中过量的PCM及没有被上载的DOX和Ce6，最后用冰水洗涤沉淀，使体系中的PCM迅速凝固，即得到温度触发的载药硫化铜纳米笼((DOX+Ce6)/PCM@H-CuS NPs)。
2.根据权利要求1所述的温度触发的载药硫化铜纳米笼的制备方法，其特征在于：所述步骤（1）中的二价铜盐为二水合氯化铜、硫酸铜的一种或几种；所述步骤（1）中的二价铜盐的摩尔质量为0.1 mM；所述步骤（1）异丙醇的体积为60 mL。
3.根据权利要求1所述的温度触发的载药硫化铜纳米笼的制备方法，其特征在于：所述步骤（2）中聚乙烯吡咯烷酮（PVP K30）的质量为 0.2 g。
4.根据权利要求1所述的温度触发的载药硫化铜纳米笼的制备方法，其特征在于：所述步骤（3）中的NaOH溶液中，NaOH的摩尔质量为1 mM。
5.根据权利要求1所述的温度触发的载药硫化铜纳米笼的制备方法，其特征在于：所述步骤（4）中的水合肼(N2H4∙H2O)溶液的质量分数为35 wt%，体积为0.4 mL；所述步骤（4）中离心的转速为8000 rpm，离心的时间为15 min。
6.根据权利要求1所述的温度触发的载药硫化铜纳米笼的制备方法，其特征在于：所述步骤（5）中 (NH4)2SO4质量分数为20 wt%，加入的体积为35 µL；所述步骤（5）中离心的转速为8000 rpm，离心的时间为15 min。
7.根据权利要求1所述的温度触发的载药硫化铜纳米笼的制备方法，其特征在于：所述步骤（6）中DOX和Ce6的质量比为1:2-2:1; 所述步骤（6）中H-CuS NPs 和DOX的质量比为1:2-2:1，H-CuS NPs和Ce6的质量比为1:2-2:1；所述步骤（6）中相变材料（PCM）和H-CuS NPs的质量比为1:1-10:1；所述步骤（6）中特定搅拌温度为40°C - 90°C；所述步骤（6）中特定温度的热水中的特定温度为90°C。
8.根据权利要求1所述的温度触发的载药硫化铜纳米笼的制备方法，其特征在于：所述步骤（6）相变材料为肉豆蔻醇(1-tetradecanol, TD)、十五烷醇（1-pentadecanol, PD）的一种或几种。
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