CN110639016B - 一种二硫SiO2封装的Ni-Mn-B纳米花球状材料的制备方法及其用途 - Google Patents

一种二硫SiO2封装的Ni-Mn-B纳米花球状材料的制备方法及其用途 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种二硫SiO2封装的Ni‑Mn‑B纳米花球状材料的制备方法及其用途，该材料为生物相容性佳的二硫SiO2封装的Ni‑Mn‑B材料，呈现出花球状的形貌特征。在二硫SiO2封装后，Ni‑Mn‑B@ss‑SiO2材料表现出良好的稳定性和生物相容性。光学性质研究表明该纳米花球状材料的吸收范围可延长至近红外二区，实现近红外二区的光热转换。同时，该材料能够发生Mn2+介导的类芬顿反应，分解H2O2产生·OH(最具有杀伤能力的活性氧)，而且在肿瘤微环境下(较高浓度的GSH和H2O2)，Ni‑Mn‑B@ss‑SiO2材料逐渐降解为尺寸只有几纳米的纳米小颗粒，排出生物体外，毒副作用小。

Description

一种二硫SiO2封装的Ni-Mn-B纳米花球状材料的制备方法及 其用途
技术领域
本发明涉及一种二硫SiO2封装的Ni-Mn-B纳米花球状材料的制备方法及其用途。
背景技术
癌症是全世界发病率和死亡率最高的疾病，每年大约有1400万新癌症患者，以及将近800万人死于癌症相关疾病。癌症的治疗无论是化学治疗、手术治疗或者放射治疗都难以彻底治愈，不仅耗费大量的人力、财力，且对患者的身体和心理带来极大的伤害。因此，开发出新的治疗方法以及对癌症具有更快速和有效的治疗剂是目前人们急切想要解决的问题。
近年来，光热治疗作为一种新型的癌症治疗方法，得到人们的广泛关注。光热治疗，通常利用近红外光作为外部刺激，光能被光热剂捕获，将光能转换成热效应，对肿瘤局部进行热消融治疗。作为非侵入性的癌症治疗方法，光热治疗能够有效的穿透人体正常组织到达癌症部位，极大程度地减少对正常组织的损害。因此，探索出具有较好性能的光热剂是目前较大的挑战。而且，通常用于肿瘤组织消融的光热治疗所使用的光源一般为近红外Ⅰ区窗口(750-1000nm)，对近红外Ⅱ区窗口(1000-1350nm)的研究还比较少。近红外二区窗口具有最大允许曝光量(MPE)和更好的组织穿透深度，相比较而言，更优于近红外Ⅰ区窗口。研究表明，单一治疗模式对肿瘤的完全治愈较为困难，探索出同时具备多种治疗方式的治疗剂将对癌症的治愈具有很大的贡献。尤其是将多种治疗方法集中于一个单剂，将大大的缩短制备时间，提高治疗效率。近期，化学动力治疗(CDT)，作为新兴的一种癌症治疗方法因其简单的治疗方式逐渐得到广泛的关注。化学动力治疗主要是利用一些过渡金属(例如，Fe2+和Mn2+)介导的类芬顿反应，通过将活性较低的H2O2转化为·OH(最有害的活性氧)来诱导细胞内氧化应激，从而杀死肿瘤细胞。由此可见，将光热治疗与化学动力治疗结合一起，协同增强，将大大的提高癌症的治愈可能。
近期研究发现，具有独特物理化学性质的无机纳米材料，具有高消光系数和高光热转换效率，在生物医用领域，尤其是癌症的光热治疗方面具有极大的应用潜力。然而，对于许多无机纳米材料来说，材料是否具有可降解能力也是非常棘手的问题。这种不可降解的性质导致材料在生物体中的长期累积，长时间会造成对生物体的毒性伤害，良好的生物降解能力可以保证材料的生物安全性。我们知道，肿瘤微环境相比于正常组织而言，其具有较快的新陈代谢能力，因此，也使得其具有自身独特的性质。例如，偏中酸性、谷胱甘肽(GSH)浓度大、过氧化氢(H2O2)含量高、缺氧环境、血管丰富等。利用肿瘤组织微环境的独特特性制备对肿瘤微环境特异响应的材料将对肿瘤的研究具有较大的贡献。
发明人对本申请的相关内容作了如下检索：
1、http://scholar.glgoo.com/网检索结果：(2019/10/8)
Figure BDA0002260324870000021
2、中国知网检索结果：(2019/10/8)
检索方式一：
篇名-----一种可降解的二硫SiO2封装的Ni-Mn-B纳米花球状材料及其制备方法和应用0项。
篇名-----一种二硫SiO2封装的Ni-Mn-B纳米花球状材料及其制备方法和应用0项。
篇名-----一种Ni-Mn-B纳米花球状材料及其制备方法和应用0项。
检索方式二：
全文-----一种可降解的二硫SiO2封装的Ni-Mn-B纳米花球状材料及其制备方法和应用0项。
全文-----一种二硫SiO2封装的Ni-Mn-B纳米花球状材料及其制备方法和应用0项。
全文-----一种Ni-Mn-B纳米花球状材料及其制备方法和应用0项。
检索方式三：
关键词----可降解4413项，均与Ni-Mn-B材料无关。
关键词----Ni-Mn-B纳米花球状材料0项。
关键词----二硫SiO2封装0项。
发明内容
鉴于此，本发明旨在提供一种二硫SiO2封装的Ni-Mn-B纳米花球状材料的制备方法及其用途。该材料为生物相容性佳的二硫SiO2封装的Ni-Mn-B材料，呈现出花球状的形貌特征。二硫SiO2封装后，Ni-Mn-B材料表现出良好的稳定性和生物相容性。光学性质研究表明，该纳米花球状材料的吸收范围可延长至近红外二区，实现近红外二区激光照射下，将光能转换成热的能力，同时该材料能够发生Mn2+介导的类芬顿反应，能够分解H2O2产生·OH，而且在肿瘤微环境下(较高浓度的GSH和H2O2)，材料逐渐逐渐降解为尺寸几纳米的小颗粒，具有可降解能力，对生物体无毒副作用。
本发明通过经典的
Figure BDA0002260324870000031
反应，制备得到二硫SiO2封装的Ni-Mn-B纳米材料(Ni-Mn-B@ss-SiO2材料)，提高了材料的稳定性和生物相容性。
本发明二硫SiO2封装的Ni-Mn-B纳米花球状材料的制备方法，包括如下步骤：
步骤1：Ni-Mn-B纳米材料的制备
量取50mL去离子水加入250mL的三口烧瓶中，N2气氛下升温至80℃回流；称取0.0426g NiCl2·6H2O、0.036gMnCl2·4H2O、0.5gPVP以及0.0070gNaBH4加入反应体系中，剧烈搅拌，待反应结束后将分散液离心，依次用水和乙醇分别洗涤，真空干燥后得到黑色的Ni-Mn-B纳米材料。
步骤2：二硫SiO2封装的Ni-Mn-B纳米花球状材料的制备
2a、量取3.75mL乙醇加入反应容器中，再加入1.35mL去离子水以及100μL的NH4OH，获得溶液1；将步骤1制备的Ni-Mn-B纳米材料分散在2.5mL乙醇中，逐滴滴加到所述溶液1中。
2b、吸取0.1mL四硅酸乙酯(TEOS)和0.035mL双-[3-(三乙氧基硅)丙基]-二硫化物(BTSPD)加入到0.3mL乙醇中，获得溶液2；将所得溶液2加入到2a获得的混合液中，超声反应2h，反应结束后将分散液离心，依次用水和乙醇分别洗涤，真空干燥后得到黑色的SiO2封装的Ni-Mn-B纳米花球状材料。
本发明获得的二硫SiO2封装的黑色Ni-Mn-B纳米材料，其尺寸为50-200nm。尺寸在20-200nm之间的无机纳米材料能够有效地避免肾脏的快速过滤，通过增强的渗透和保留效应聚集在肿瘤部位，提高治疗效果。
本发明制得的二硫SiO2封装的Ni-Mn-B纳米材料能够利用Mn2+介导的类芬顿反应分解H2O2产生·OH，实现后续对肿瘤组织进行化学动力治疗的潜力。该材料可在肿瘤微环境下(较高浓度的GSH和H2O2)，逐渐分解为尺寸为几纳米的小颗粒，排出生物体外，对生物体无毒副作用。
本发明制备的二硫SiO2封装的Ni-Mn-B纳米花球状材料的用途，是在制备将光热治疗与化学动力治疗结合一起的协同增强治疗剂中的应用。
一方面，本发明二硫SiO2封装的Ni-Mn-B纳米花球状材料具有近红外二区吸收的能力，在近红外二区激光照射下，可将光能转换成热能。
另一方面，本发明二硫SiO2封装的Ni-Mn-B纳米花球状材料具有Mn2+介导的类芬顿反应特性，能够分解H2O2产生·OH(最强杀伤能力的ROS)，杀死癌细胞。
此外，本发明二硫SiO2封装的Ni-Mn-B纳米花球状材料可在肿瘤微环境下(较高浓度的GSH和H2O2)逐渐降解为尺寸几纳米的小颗粒，这种可降解能力极大的降低了材料对生物体无毒副作用。
所述近红外二区激光照射所使用的激光器为手持式激光器，波长为1064nm，能量密度为1.0W/cm2。
与已有技术相比，本发明的有益效果体现在：
1、本发明制备方法原料易得，成本低，合成步骤简单，易于操作，制备的二硫SiO2封装的Ni-Mn-B纳米花球状材料具有较好的生物相容性、较低的毒副作用。
2、本发明所述的二硫SiO2封装的Ni-Mn-B纳米花球状材料可在近红外二区的激光照射下，将光能转换成热能。
3、本发明所述的二硫SiO2封装的Ni-Mn-B纳米花球状材料可以实现对肿瘤微环境的响应，在5mM GSH和5mMH2O2的作用下，材料逐渐降解为纳米小颗粒而对生物体具有较低的毒副作用。
附图说明
图1是二硫SiO2封装Ni-Mn-B纳米花球状材料的透射电子显微镜图(TEM)，由图一可以看出，二硫SiO2封装后的Ni-Mn-B材料为纳米花球状形貌，且均匀分散，单个材料尺寸均小于200nm。
图2是二硫SiO2封装的Ni-Mn-B纳米花球状材料的动态光散射图(DLS)，由图进一步证实了材料的尺寸主要分布在50-200nm。
图3是Ni-Mn-B纳米材料和二硫SiO2封装的Ni-Mn-B纳米花球状材料的电极电势图(Zeta potential)，由图可以看出，Ni-Mn-B纳米材料的表面电极电势为21.5，为正值，在外围封装二硫SiO2后，表面电极电势变为-31，为负值，也证明二硫SiO2的成功封装。
图4是Ni-Mn-B@ss-SiO2材料的紫外-可见-近红外吸收光谱图，由图可知，材料Ni-Mn-B@ss-SiO2在近红外二区(1064nm)仍具有明显的吸收，为后续实现近红外二区的光照下光能转换成热能做前提。
图5是Ni-Mn-B@ss-SiO2在近红外二区光照下的温度变化曲线图，由图可知，材料浓度为250μg/mL时，在1064nm激光照射下，当激光密度为1.0W/cm2时，光照10min后，温度达到53℃，达到体外光热治疗的温度要求，为后续体内光热治疗做前提。
图6是利用MB检测Ni-Mn-B纳米材料分解H2O2产生·OH的紫外-可见吸收光谱图，由图可知，Ni-Mn-B纳米材料在HCO3 -的存在下，可以实现Mn2+介导的类芬顿反应，分解H2O2产生·OH，降解亚甲基蓝(MB)，为后续体内实现化学动力治疗做前提。通常情况下，Mn2+介导的类芬顿反应需要HCO3 -离子的辅助，而肿瘤组织内又具有高浓度的HCO3 -，为这一反应提供帮助。为了检测材料Ni-Mn-B是否能发生Mn2+介导的类芬顿反应，产生·OH，我们做了对比实验。图6a是100μg mL-1的Ni-Mn-B材料与10μg mL-1的亚甲基蓝MB共存的水分散液，向其中加入1mM的H2O2，通过测试MB在665nm处的紫外-可见吸收光谱变化，判断是否发生Mn2+介导的类芬顿反应，产生·OH，降解MB。由图可知，8分钟内MB的紫外-可见吸收光谱没有发生改变，说明单独的Ni-Mn-B材料不能降解MB，没有·OH的产生；图6b是100μg mL-1的Ni-Mn-B材料与10μg mL-1的亚甲基蓝MB以及25mM NaHCO3的缓冲溶液共存的水分散液，加入0.5mM的H2O2，检测·OH对MB的降解情况，由图可知，在HCO3 -离子的存在下，MB的紫外-可见吸收光谱明显降低，表明材料Ni-Mn-B在HCO3 -离子的存在下，降解MB，产生·OH，发生Mn2+介导的类芬顿反应。GSH作为一种自由基清除剂，可以清除反应产生的自由基，所以在加入GSH后，MB的紫外-可见吸收光谱由于自由基的清除而不再降低，进一步证明有·OH的产生。
图7是二硫SiO2封装Ni-Mn-B纳米花球状材料在(GSH和H2O2)的可降解过程图，由图可以看出，纳米花球状形貌的材料在GSH和H2O2的影响下，形貌在2h后变成纳米片状形貌，随后纳米片状形貌逐渐从边缘开始分解，在8h后完全分解为纳米小颗粒，此尺寸下的材料可以轻松的排出生物体外，而降低对生物体的毒副作用，为无机纳米材料应用于生物体的安全性做前提。
具体实施方式
实施例1：目标产物的制备
1)Ni-Mn-B纳米材料的制备：
选取250mL的三口烧瓶，量取50mL的去离子水加入其中，N2气氛下，80℃回流；称取0.0426g的NiCl2·6H2O，0.036g的MnCl2·4H2O，0.5g的PVP，以及0.0070g的NaBH4加入反应器中，剧烈搅拌，反应结束后将分散液离心，水和乙醇分别洗涤3遍，真空干燥得到黑色的Ni-Mn-B纳米材料。
2)二硫SiO2封装的Ni-Mn-B纳米花球状材料的制备：
量取3.75mL乙醇加入反应器中，再加入1.35mL去离子水以及100μL的NH4OH，获得溶液1；将步骤1)制备的Ni-Mn-B纳米材料分散在2.5mL的乙醇溶剂中，逐滴滴加到溶液1中，获得混合液；
吸取0.1mL的TEOS和0.035mL的BTSPD加入到0.3mL的乙醇中，制备得到溶液2，将溶液2加入到所述混合液中，超声反应2h，反应结束后将分散液离心，水和乙醇分别洗涤3遍，真空干燥得到黑色的SiO2封装的Ni-Mn-B纳米花球状材料。
实施例2：体外光转换成热的检测
选用一个1厘米宽度的石英荧光皿，加入1mL的二硫SiO2封装的Ni-Mn-B材料水分散液，将此装置放置在一个平坦的平台上。所使用的激光器为一种光纤耦合连续半导体二极管激光器，激光光源采用功率密度为1.0W/cm2。以及使用红外热成像仪(FOTRIC 220s)对温度变化进行监测。
实施例3：通过Mn2+介导的类芬顿反应生成·OH
25mM NaHCO3的缓冲溶液，其中包含10μg mL-1MB,1mM过氧化氢，100μg/mL的Ni-Mn-B材料，用665nm处吸光度变化监测·OH诱导的MB降解。
GSH对·OH的清除作用：Mn2+介导的类芬顿反应降解MB，在10mM谷胱甘肽(GSH)存在的情况下，GSH可作为自由基的清除剂，用紫外-可见吸收光谱测试MB的降解过程。
实施例4：Ni-Mn-B材料的可降解过程
250μg/mL的Ni-Mn-B材料的水分散液，其中包括5mMGSH和5mM的H2O2，隔一定的时间段取分散液滴在铜网上，干燥后利用透射电子显微镜拍摄不同时间段Ni-Mn-B材料的形貌变化。

Claims (5)

1.一种二硫SiO2封装的Ni-Mn-B纳米花球状材料的制备方法，其特征在于包括如下步骤：
步骤1：Ni-Mn-B纳米材料的制备
量取50mL去离子水加入反应器中，N2气氛下升温至80℃回流；称取0.0426g NiCl2·6H2O、0.036gMnCl2·4H2O、0.5gPVP以及0.0070gNaBH4加入反应体系中，搅拌反应，待反应结束后将分散液离心，依次用水和乙醇分别洗涤，真空干燥后得到黑色的Ni-Mn-B纳米材料；
步骤2：二硫SiO2封装的Ni-Mn-B纳米花球状材料的制备
2a、量取3.75mL乙醇，再加入1.35mL去离子水以及100μL的NH4OH，获得溶液1；将步骤1制备的Ni-Mn-B纳米材料分散在2.5mL乙醇中，逐滴滴加到所述溶液1中；
2b、吸取0.1mLTEOS和0.035mLBTSPD加入到0.3mL乙醇中，获得溶液2；将所得溶液2加入到2a获得的混合液中，超声反应2h，反应结束后将分散液离心，依次用水和乙醇分别洗涤，真空干燥后得到黑色的SiO2封装的Ni-Mn-B纳米花球状材料。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：
所得SiO2封装的Ni-Mn-B纳米花球状材料的尺寸为50nm-200nm。
3.权利要求1或2制备的二硫SiO2封装的Ni-Mn-B纳米花球状材料的用途，其特征在于：是在制备将光热治疗与化学动力治疗结合一起的协同增强治疗剂中的应用。
4.根据权利要求3所述的用途，其特征在于：
所述二硫SiO2封装的Ni-Mn-B纳米花球状材料具有近红外二区吸收的能力，在近红外二区激光照射下，可将光能转换成热能；
所述二硫SiO2封装的Ni-Mn-B纳米花球状材料具有Mn2+介导的类芬顿反应特性，能够分解H2O2产生·OH，杀死癌细胞。
5.根据权利要求4所述的用途，其特征在于：
所述近红外二区激光照射所使用的激光器为手持式激光器，波长为1064nm，能量密度为1.0W/cm2。
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