CN109432422B - 黑磷量子点/铂杂化介孔二氧化硅纳米颗粒及制备方法和应用 - Google Patents

黑磷量子点/铂杂化介孔二氧化硅纳米颗粒及制备方法和应用 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种黑磷量子点/铂杂化介孔二氧化硅纳米颗粒及制备方法和应用。本发明通过一步水热法及原位生长法合成介孔内负载铂纳米粒子的黑鳞量子点/铂杂化纳米粒，其可显著提高黑磷量子点的溶液稳定性，同时利用肿瘤微环境的过氧化氢与铂纳米粒发生催化反应，生成氧气，进一步增强黑磷量子点对肿瘤的光动力治疗效果，具备良好的生物医学应用前景。

Description

黑磷量子点/铂杂化介孔二氧化硅纳米颗粒及制备方法和 应用
技术领域
本发明属于纳米材料制造技术领域，特别是涉及一种黑磷量子点/铂杂化介孔二氧化硅纳米颗粒及其制备方法和应用。
背景技术
肝细胞癌(Hepatocellular carcinoma，HCC)是消化系统中常见的恶性肿瘤之一，其具有易转移、快增殖、高复发等特点，其发病率呈逐年上升趋势，严重威胁着人类健康。我国是肝癌大国，全球每年新增发病的肝癌患者中有一半来自中国。目前，肝癌治疗方式主要以手术治疗为主；然而，手术治疗会因患者的肿瘤部位、大小及身体耐受状态等因素影响而失去手术时机。而近年来，基于纳米技术发展起来的光动力治疗策略，具有创性，毒副作用低等优点，能有效抑制肿瘤生长，为肝癌治疗提供了新的思路与策略。
光动力治疗(photodynamic therapy,PDT)是一种新型的微创疗法，已成为近年来癌症治疗基础研究与临床应用的新热点。其作用原理：利用光敏剂(photosensitizer，PS)吸收外源可见-近红外(NIR)光能，促使光敏剂由基态(So)转变为激发单线态(S1)，再与分子氧(O2)发生光化学反应，产生高活性激发态毒性光化学产物，如活性氧自由基(Reactiveoxygen species，ROS)，再与细胞内邻近的活性分子(如氨基酸、脂肪酸或核酸)相互作用，导致直接的细胞毒性，进而诱导细胞凋亡或坏死。其具备重复性高、低免疫原性、低成本、高选择性等特点。然而，目前临床上常用的光敏剂如卟啉类及其衍生物、酞菁类物质等，其疏水性较强，易聚集导致其光敏活性下降；同时，其在应用过程中长时间滞留于体内，存在一定的光毒性等副作用；此外，在肿瘤组织内血管畸形及分布不均而产生的乏氧微环境中，光敏剂无法有效产生大量的ROS用于诱导乏氧肿瘤凋亡或坏死，进而无法起到有效的肿瘤抑制作用。同时，发生光化学反应过程中会进一步消耗肿瘤区域内氧气(O2)，从而导致肿瘤组织乏氧程度增加，致使光动力作用下降。因此，开发一种生物安全性高、光敏活性稳定且能有效改善肿瘤乏氧微环境的新型复合型光敏剂，可为有效调高PDT疗效提供新的手段。
黑磷(Black phosphorus，BP)是由单原子磷(P)组成的二维平面结构的光敏材料，其具备优良的光学、电化学性能，已成为近年来研究热点。Yang等人研究发现，将黑磷制备成纳米尺寸(1-10nm)的黑磷量子点(BPQDs)可有效提高BPQDs的生物相容性，而1-10nm的BPQDs更利于肾脏代谢排除，具备更高的生物安全性。而未经排除的BPQDs可在生理条件下氧化降解为无毒的磷酸根和亚磷酸根，用以提供人体所需的微量元素。更为重要的是，纳米尺寸的BPQDs具备优异的光敏化活性。例如，Guo等人利用BPQDs量子点(5～10nm)在670nm的近红外光激发下，触发BPQDs产生ROS，成功抑制肿瘤生长。然而，BPQDs水溶液稳定性较差，易被氧化降解。
发明内容
为了解决现有技术中黑磷量子点溶液稳定性差的问题，本发明的提供了一种黑磷量子点/铂杂化介孔二氧化硅纳米颗粒及其制备方法和应用。本发明制备得到的黑磷量子点/铂杂化介孔二氧化硅纳米颗粒具有较高稳定性和生物相容性，以及光动力效果，可用于肿瘤的光动力治疗，具有较好应用前景。
为了达到上述的目的，本发明提供如下技术方案：
一种黑磷量子点/铂杂化介孔二氧化硅纳米颗粒的制备方法，包括如下步骤：
(1)将十六烷基三甲基氯化铵(CTAC)、三乙醇胺、黑磷量子点(BPQDs)水溶液混合搅拌1hr，然后加热至80℃；然后缓慢滴加正硅酸乙酯(TEOS)，反应过程不断搅拌，制备得到黑磷量子点杂化的介孔二氧化硅(BMSF)；
(2)在黑磷量子点杂化的介孔二氧化硅(BMSF)的乙醇溶液中加入3-氨基丙基三甲氧基硅烷(3-Aminopropyltrimethoxysilane，APTES)，并80℃回流过夜，反应结束后离心，固体产物重新溶于去离子水中，然后加入二乙酰丙酮铂搅拌1hr，再加入硼氢化钠搅拌1hr，制备得到黑磷量子点/铂杂化介孔二氧化硅纳米颗粒(BMSF@Pt)。
本发明通过上述步骤利用一步法合成BPQDs杂化的介孔二氧化硅(BMSF)，然后通过硼氢化钠原位还原法，在介孔内生长PtNPs。本发明制备得到的黑磷量子点/铂杂化介孔二氧化硅纳米颗粒可通过EPR效应渗透进入肿瘤区域并被肿瘤细胞摄取后，肿瘤细胞内高浓度的过氧化氢会与Pt发生催化反应，生成氧气，为黑磷量子点的光动力治疗提供充足氧气，提高光动力治疗作用。
进一步地，所述黑磷量子点水溶液通过超声波裂解法方法制备得到，具体如下：将多层黑磷DMF溶液置于冰浴中，超声粉碎和清洗一定时间，然后离心，收集沉淀溶于超纯水中。
进一步地，所述超声粉碎和清洗分两步进行，第一步在超声功率600W下，超声8hrs，然后再超声功率功率500W下超声10hrs。
进一步地，所述步骤(1)中十六烷基三甲基氯化铵、三乙醇胺、黑磷量子点和正硅酸乙酯的质量比为1～2：0.01～0.002：0.01～0.002：1.5～2。
进一步地，所述步骤(1)还包括反应完成后离心、洗涤，然后加入1％氯化钠的甲醇溶液搅拌，再洗涤、离心，最后将沉淀分散在乙醇中。氯化钠的甲醇溶液能够除去十六烷基三甲基氯化铵模板剂。
进一步地，所述离心速率为12000rpm，离心时间为15min。
进一步地，所述步骤(2)中黑磷量子点杂化的介孔二氧化硅、3-氨基丙基三甲氧基硅烷、二乙酰丙酮铂和硼氢化钠的质量比为1：0.002：0.005～0.01：0.005～0.01。
本发明还提供如下技术方案：
一种如上述方法制备得到的黑磷量子点/铂杂化介孔二氧化硅纳米颗粒。
进一步地，所述黑磷量子点/铂杂化介孔二氧化硅纳米颗粒的粒径为50-100nm。
本发明进一步提供如下技术方案：
一种所述黑磷量子点/铂杂化介孔二氧化硅纳米颗粒在肿瘤光动力治疗中的应用。
本发明具有以下技术特点：
1)本发明利用介孔二氧化硅将空气、水与黑磷量子点隔绝，提高黑磷量子点稳定性。
2)本发明通过铂纳米粒子，利用肿瘤微环境中的过量的过氧化氢与其反应生成氧气，能够有效提高黑磷量子点的光动力治疗效果。
附图说明
图1 BMSF@Pt TEM电镜图。
图2 BMSF@Pt的元素分布图。
图3 BMSF@Pt的稳定性。
图4.BMSF@Pt的光动力效果。
具体实施方式
以下具体实施例是对本发明提供的方法与技术方案的进一步说明，但不应理解成对本发明的限制。
实施例1：
取10ml购买的多层黑磷DMF溶液(BP，200μg/ml)，置于冰浴中，在超声波细胞粉碎机(功率600W)下超声8hrs，而后再转移至超声波清洗器(功率500W)中，冰浴下超声10hrs，2000rpm/min离心10min，取上清后，再20000rpm/min离心20min，收集沉淀，用1ml超纯水重悬，放于4℃冰箱备用。
称取2g的十六烷基三甲基氯化铵(CTAC)、20μg三乙醇胺溶于20mL的超纯水中，超声10min后，将上述制备的1mL BPQDs水溶液加入该混合液中搅拌1hr，然后加热至80℃；当温度到达80℃后缓慢滴加1.5mL正硅酸乙酯(TEOS)，再搅拌1hr后，离心(12000rpm/min)15min，去上清，沉淀用无水乙醇洗三次，再用50mL的1％氯化钠的甲醇溶液搅拌3hrs去除CTAC模板剂，并重复洗涤2次，离心后，将沉淀分散于乙醇中，放4℃冰箱中备用。
向上述BMSF乙醇溶液(1mg/mL)中加入100μL 3-氨基丙基三甲氧基硅烷(3-Aminopropyltrimethoxysilane，APTES)，并80℃回流过夜，离心后，重悬于去离子水中获得BMSF-NH2。6.076mg二乙酰丙酮铂Pt(acac)2加入BMSF-NH2水溶液中搅拌1hrs，再加入5.7mg的硼氢化钠(NaH4)搅拌1hr，经氧化还原在介孔内生长将Pt(acac)2还原成铂(Pt)纳米粒子，制备出BMSF@Pt。
实施例2：
实施例1制备复合纳米材料尺寸约50～100nm，具备较高的稳定性，以及光动力效果可用于肿瘤的光动力治疗。
使用透射电镜(TEM)、mapping对BMSF复合纳米进行表征，并光动力检测试剂检测复合纳米材料670nm激光照射后的升温情况，具体测试结果如下：
(1)透射电镜(TEM)
透射电镜表示二维纳米片的形貌和纳米尺寸。结果参照图1，表示在50nm的标尺下，检测BMSF@Pt复合纳米材料的分布及形貌，其说明复合纳米材料尺寸均一，形貌一致。
(2)元素分析(mapping)
结果见图2，由图可见，元素分析BMSF@Pt纳米材料能检测到氧元素(O)，磷元素(P)，铂元素(Pt)，硅元素(Si)，证明BMSF构建成功。
(3)复合纳米材料的稳定性
结果见图3，由图可见，BMSF@Pt复合纳米材料在水溶液中，随着放置时间的延长，其紫外-可见-近红外吸收光谱变化不明显，证明其稳定性较好。
(4)复合纳米材料的光动力效果
结果见图4，由图可见，以DPBF为活性氧探针，检测BMSF@Pt复合纳米材料的活性氧产生能力，证明其具有良好的光动力效果。
以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求保护范围内。

Claims (8)

1.一种黑磷量子点/铂杂化介孔二氧化硅纳米颗粒的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)将十六烷基三甲基氯化铵、三乙醇胺、黑磷量子点水溶液混合搅拌1hr，然后加热至80℃；然后缓慢滴加正硅酸乙酯，反应过程不断搅拌，制备得到黑磷量子点杂化的介孔二氧化硅；
(2)在黑磷量子点杂化的介孔二氧化硅的乙醇溶液中加入3-氨基丙基三甲氧基硅烷，并80℃回流过夜，反应结束后离心，固体产物重新溶于去离子水中，然后加入二乙酰丙酮铂搅拌1hr，再加入硼氢化钠搅拌1hr，制备得到黑磷量子点/铂杂化介孔二氧化硅纳米颗粒；黑磷量子点杂化的介孔二氧化硅、3-氨基丙基三甲氧基硅烷、二乙酰丙酮铂和硼氢化钠的质量比为1：0.002：0.005～0.01：0.005～0.01。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述黑磷量子点水溶液通过超声波裂解法方法制备得到，具体如下：将多层黑磷DMF溶液置于冰浴中，超声粉碎和清洗一定时间，然后离心，收集沉淀溶于超纯水中。
3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述超声粉碎和清洗分两步进行，第一步在超声功率600W下，超声8hrs，然后再超声功率500W下超声10hrs。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中十六烷基三甲基氯化铵、三乙醇胺、黑磷量子点和正硅酸乙酯的质量比为1～2：0.01～0.002：0.01～0.002：1.5～2。
5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)还包括反应完成后离心、洗涤，然后加入1％氯化钠的甲醇溶液搅拌，再洗涤、离心，最后将沉淀分散在乙醇中。
6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述离心速率为12000rpm，离心时间为15min。
7.一种如权利要求1-6任一项制备方法制备得到的黑磷量子点/铂杂化介孔二氧化硅纳米颗粒。
8.根据权利要求7所述的黑磷量子点/铂杂化介孔二氧化硅纳米颗粒，其特征在于，所述黑磷量子点/铂杂化介孔二氧化硅纳米颗粒的粒径为50-100nm。
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