CN110859808A - 一种复合纳米颗粒及其制备方法和应用 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种复合纳米颗粒及其制备方法和应用。本发明的复合纳米颗粒由中空介孔氧化钽纳米粒子、硫化铜纳米晶和载氧液态氟碳构成,所述硫化铜纳米晶原位生长在中空介孔氧化钽纳米粒子表面,所述载氧液态氟碳填充在中空介孔氧化钽纳米粒子的空腔和孔道内。本发明的复合纳米颗粒的制备方法包括以下步骤:1)制备中空介孔氧化钽纳米粒子;2)原位生长硫化铜;3)硅烷化;4)聚乙二醇修饰;5)填充液态氟碳和充氧。本发明的复合纳米颗粒具有分散性和生物相容性好、肿瘤放疗增敏效果好、光热转换效率高、光热性能稳定等优点,且合成简单,价格便宜。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于肿瘤放疗增敏的复合纳米颗粒,属于肿瘤放射治疗增敏药物技术领域。
背景技术
目前,临床上普遍采用的治疗肿瘤的方法主要包括手术治疗、化学治疗、光热治疗、光动力学治疗、免疫治疗、中医治疗和放射治疗等。
放射治疗在实体恶性肿瘤的综合治疗中占主导地位,其可以通过直接损伤脱氧核糖核酸或间接产生氧自由基来杀死肿瘤细胞,有效地抑制了多种恶性肿瘤的发展。然而,实体肿瘤微环境乏氧经常导致放疗抵抗,降低了放疗所致肿瘤细胞损伤,肿瘤会复发。此外,放射治疗缺乏特异性,在杀伤肿瘤细胞的同时,对放射路径上的正常细胞也会造成非选择性损伤,因而在治疗过程中会出现明显的副作用,严重影响患者的生存质量。
光热治疗利用浓集在肿瘤部位的光热转化材料,在一定波长的光辐照下诱导使肿瘤局部产生热量,进而可以增加瘤内血流速度,增强肿瘤微环境的氧合作用,最终减少乏氧所致的放疗抵抗。具有强近红外吸收能力的纳米材料如纳米金、石墨烯、有机染料等都可以作为光热转化材料用于光热治疗。
纳米金由于表面具有可调的表面等离子体效应而应用于光热治疗,但纳米金加热后形貌易发生变化,从而影响光热性能的稳定性,且纳米金的价格十分昂贵。石墨烯由于光热性能稳定而应用于光热治疗,但是由于其光吸收系数较低,且其制备和功能化的条件较苛刻。有机染料(吲哚菁绿等)由于具有生物可降解的特性而有很好的光热应用前景,但是其经过长时间近红外光辐照后易发生光降解。
由此可见,现有的光热转化材料均无法很好地满足光热治疗的要求,有必要开发一种肿瘤放疗增敏效果好、光热转换效率高、光热性能稳定、合成简单、价格便宜、生物相容性良好的复合纳米颗粒。
发明内容
本发明的目的在于提供一种复合纳米颗粒及其制备方法和应用。
本发明所采取的技术方案是:
一种复合纳米颗粒,由中空介孔氧化钽纳米粒子、硫化铜纳米晶和载氧液态氟碳构成,所述硫化铜纳米晶原位生长在中空介孔氧化钽纳米粒子表面,所述载氧液态氟碳填充在中空介孔氧化钽纳米粒子的空腔和孔道内。
优选的,所述中空介孔氧化钽纳米粒子的粒径为60~140nm,空腔和孔道的孔径为3~10nm。
优选的,所述载氧液态氟碳为载氧全氟戊烷、载氧全氟己烷中的至少一种。
上述复合纳米颗粒的制备方法包括以下步骤:
1)将乙醇钽分散在无水乙醇中配制成含钽母液,再将含钽母液加入乙醇溶液中,充分搅拌,再对产物进行分离和纯化,得到中空介孔氧化钽纳米粒子;
2)将中空介孔氧化钽纳米粒子分散在水中,再加入铜盐、聚乙烯吡咯烷酮和硫化钠,充分反应,再对产物进行分离和纯化,得到原位生长硫化铜的中空介孔氧化钽纳米粒子;
3)将原位生长硫化铜的中空介孔氧化钽纳米粒子分散在无水乙醇中,再加入硅烷偶联剂,充分搅拌,再对产物进行分离和纯化,得到硅烷化的原位生长硫化铜的中空介孔氧化钽纳米粒子;
4)将硅烷化的原位生长硫化铜的中空介孔氧化钽纳米粒子分散在疏水有机溶剂中,再加入聚乙二醇或聚乙二醇衍生物,充分搅拌,再对产物进行分离和纯化,得到聚乙二醇修饰的原位生长硫化铜的中空介孔氧化钽纳米粒子;
5)将聚乙二醇修饰的原位生长硫化铜的中空介孔氧化钽纳米粒子加入反应器,排出反应器内空气,再加入液态氟碳,进行超声,再加入磷酸缓冲液,进行超声,再将产物置于氧气气氛中进行充氧,得到复合纳米颗粒。
优选的,步骤1)所述含钽母液由乙醇钽和无水乙醇按照体积比1:(15~25)组成。
优选的,步骤1)所述乙醇溶液由乙醇和水按照体积比1:(1~12)组成。
优选的,步骤1)所述含钽母液、乙醇溶液的体积比为1:(10~15)。
优选的,步骤2)所述中空介孔氧化钽纳米粒子、铜盐、聚乙烯吡咯烷酮、硫化钠的质量比为1:(2~6):(8~12):(2~6)。
优选的,步骤2)所述铜盐为氯化铜、硝酸铜、硫酸铜、醋酸铜中的至少一种。
优选的,步骤3)所述原位生长硫化铜的中空介孔氧化钽纳米粒子、硅烷偶联剂的添加量比为1g:(2.5~10)mL。
优选的,步骤3)所述硅烷偶联剂为十八烷基三甲氧基硅烷、十二烷基三甲氧基硅烷中的至少一种。
优选的,步骤4)所述硅烷化的原位生长硫化铜的中空介孔氧化钽纳米粒子、聚乙二醇的质量比为1:(1~5)。
优选的,步骤4)所述硅烷化的原位生长硫化铜的中空介孔氧化钽纳米粒子、聚乙二醇衍生物的质量比为1:(1~5)。
优选的,步骤4)所述聚乙二醇衍生物为聚马来酸酐-十八烯-聚乙二醇、二硬脂酰基磷脂酰乙醇胺-聚乙二醇中的至少一种。
优选的,步骤5)所述聚乙二醇修饰的原位生长硫化铜的中空介孔氧化钽纳米粒子、液态氟碳的添加量比为1g:(5~10)mL。
优选的,所述分离的方式为离心,纯化的方式为用去离子水或者乙醇洗涤。
一种肿瘤放疗增敏剂,由上述复合纳米颗粒制成。
本发明的有益效果是:本发明的复合纳米颗粒具有分散性和生物相容性好、肿瘤放疗增敏效果好、光热转换效率高、光热性能稳定等优点,且合成简单,价格便宜,在纳米医药和肿瘤治疗等领域具有广阔的应用前景。
1)本发明的复合纳米颗粒不仅可以通过高原子序数的钽增强肿瘤局部辐射剂量,而且还可以通过光热效应促进血液供应进而增加肿瘤部位氧含量,此外还可以通过液态氟碳释氧改善肿瘤乏氧微环境,对肿瘤放疗具有多重增敏效果;
2)本发明的复合纳米颗粒的比表面大、负载量高、生物相容性好,易于进入细胞内;
3)本发明的复合纳米颗粒的制备方法简单,易于操作,反应条件温和,生产成本低,便于实现大规模工业化生产。
附图说明
图1为实施例1中的复合纳米颗粒的TEM图和元素映射图。
图2为实施例1的复合纳米颗粒的光热转化性能测试曲线。
图3为实施例1的复合纳米颗粒的克隆形成实验照片。
图4为实施例2的复合纳米颗粒的光热转化性能测试曲线。
图5为实施例3的复合纳米颗粒的光热转化性能测试曲线。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步的解释和说明。
实施例1:
一种复合纳米颗粒,其制备方法包括以下步骤:
1)将40μL乙醇钽分散在800μL无水乙醇中配制成含钽母液,再将含钽母液逐滴加入乙醇溶液(1mL无水乙醇+10mL去离子水)中,滴加时间2min,加完后室温搅拌10min,再进行离心,用去离子水洗涤离心得到的固体产物,得到中空介孔氧化钽纳米粒子(HMT);
2)将10mg中空介孔氧化钽纳米粒子分散在10mL去离子水中,再加入50mg的CuCl2·2H2O,室温搅拌6h,再加入100mg数均分子量1000g/mol的聚乙烯吡咯烷酮,室温搅拌1h,再加入50mg的Na2S·9H2O,加热至80℃搅拌反应10min,再停止加热,继续搅拌30min,再进行离心,用去离子水洗涤离心得到的固体产物,得到原位生长硫化铜的中空介孔氧化钽纳米粒子(HMTC);
3)将10mg原位生长硫化铜的中空介孔氧化钽纳米粒子分散在5mL水乙醇中,再加入50μL十八烷基三甲氧基硅烷,室温搅拌4h,再进行离心,用乙醇洗涤离心得到的固体产物,得到硅烷化的原位生长硫化铜的中空介孔氧化钽纳米粒子;
4)将10mg硅烷化的原位生长硫化铜的中空介孔氧化钽纳米粒子分散在2mL三氯甲烷中,再加入30mg聚马来酸酐-十八烯-聚乙二醇,室温搅拌1h,用氮气吹干,再将固体产物分散在10mL去离子水中,再进行离心,用去离子水洗涤离心得到的固体产物,得到聚乙二醇修饰的原位生长硫化铜的中空介孔氧化钽纳米粒子(HMTCP);
5)将5mg聚乙二醇修饰的原位生长硫化铜的中空介孔氧化钽纳米粒子加入反应器,排出反应器内空气,再加入50μL全氟戊烷,在冰水浴中超声处理5min,再加入1mL磷酸缓冲液,继续在冰水浴中超声处理10min,再将产物置于氧气气氛中进行充氧,得到复合纳米颗粒(HMTCP@PFP@O2)。
性能测试:
1)复合纳米颗粒的TEM图和元素映射图如图1所示。
由图1可知:复合纳米颗粒的粒径为70~130nm,复合纳米颗粒中含有钽、氧、硫和铜元素。
2)将复合纳米颗粒配制成不同浓度的溶液(0μg/mL、31.2μg/mL、62.5μg/mL、125μg/mL、250μg/mL和500μg/mL),使用激光热成像仪以及相对应的光热测试软件,选用波长808nm、功率0.7W/cm2的激光器,保持每次的测试起始温度相同的条件下,分别测试不同浓度复合纳米颗粒溶液在激光照射下的光热转化性能,测试结果如图2所示。
由图2可知:复合纳米颗粒具有优良的光热转化性能。
3)将鼠源性乳腺癌4T1细胞按1000个/孔铺6孔板,在37℃、CO2浓度5%的培养箱中孵育24h后分为5组:a)对照组;b)HMTCP@PFP@O2组(HMTCP@PFP@O2浓度为80μg/mL);c)单独放疗组;d)放疗+HMTCP组(HMTCP浓度为80μg/mL);e)放疗+HMTCP@PFP@O2组(HMTCP@PFP@O2浓度为80μg/mL),继续孵育6h后进行放疗(剂量:8Gy),然后在培养箱孵育6天,最后使用多聚甲醛固定及结晶紫染色后拍照,克隆形成实验照片如图3所示。
由图3可知:复合纳米颗粒具有优良的放疗增敏效应。
4)将35只雌性BALB/c小鼠均分为7组:a)对照组;b)激光+HMTCP@PFP@O2组;c)单独放疗组;d)放疗+HMTCP组;e)放疗+HMTCP@PFP@O2组;f)激光+放疗+HMTCP组;g)激光+放疗+HMTCP@PFP@O2组,再将鼠源性乳腺癌4T1细胞按5×105个/只皮下种植于小鼠右侧背部,肿瘤体积达到60mm3后,将PBS(磷酸缓冲盐溶液)、HMTCP(60μg/g)、HMTCP@PFP@O2(60μg/g)经尾静脉注射,24h后对种植瘤部位行激光辐照(0.7W/cm2)10min和/或放射治疗(8Gy),20天后处死小鼠取瘤称重,测得肿瘤质量依次为:a)组1017±190mg;b)组576±134mg;c)组280±31mg;d)组194±22mg;e)组146±22mg;f)组140±18mg;g)组8±15mg(负值代表肿瘤完全消融)。
由此可见:复合纳米颗粒具有优良的多重放疗增敏效应。
实施例2:
一种复合纳米颗粒,其制备方法包括以下步骤:
1)将40μL乙醇钽分散在800μL无水乙醇中配制成含钽母液,再将含钽母液逐滴加入乙醇溶液(2mL无水乙醇+9mL去离子水)中,滴加时间2min,加完后室温搅拌10min,再进行离心,用去离子水洗涤离心得到的固体产物,得到中空介孔氧化钽纳米粒子(HMT)。
2)将10mg中空介孔氧化钽纳米粒子分散在10mL去离子水中,再加入20mg的CuCl2·2H2O,室温搅拌6h,再加入100mg数均分子量40000g/mol的聚乙烯吡咯烷酮,室温搅拌1h,再加入20mg的Na2S·9H2O,加热至80℃搅拌反应10min,再停止加热,继续搅拌30min,再进行离心,用去离子水洗涤离心得到的固体产物,得到原位生长硫化铜的中空介孔氧化钽纳米粒子(HMTC);
3)将10mg原位生长硫化铜的中空介孔氧化钽纳米粒子分散在5mL水乙醇中,再加入50μL十二烷基三甲氧基硅烷,室温搅拌4h,再进行离心,用乙醇洗涤离心得到的固体产物,得到硅烷化的原位生长硫化铜的中空介孔氧化钽纳米粒子;
4)将10mg硅烷化的原位生长硫化铜的中空介孔氧化钽纳米粒子分散在2mL三氯甲烷中,再加入30mg二硬脂酰基磷脂酰乙醇胺-聚乙二醇,室温搅拌1h,用氮气吹干,再将固体产物分散在10mL去离子水中,再进行离心,用去离子水洗涤离心得到的固体产物,得到聚乙二醇修饰的原位生长硫化铜的中空介孔氧化钽纳米粒子(HMTCP);
5)将5mg聚乙二醇修饰的原位生长硫化铜的中空介孔氧化钽纳米粒子加入反应器,排出反应器内空气,再加入50μL全氟戊烷,在冰水浴中超声处理5min,再加入1mL磷酸缓冲液,继续在冰水浴中超声处理10min,再将产物置于氧气气氛中进行充氧,得到复合纳米颗粒(HMTCP@PFP@O2)
性能测试:
将复合纳米颗粒配制成浓度500μg/mL的溶液,并设置空白溶液,使用激光热成像仪以及相对应的光热测试软件,选用波长808nm、功率0.7W/cm2的激光器,测试复合纳米颗粒在激光照射下的光热转化性能,测试结果如图4所示。
由图4可知:复合纳米颗粒具有优良的光热转化性能。
实施例3:
一种复合纳米颗粒,其制备方法包括以下步骤:
1)将40μL乙醇钽分散在800μL无水乙醇中配制成含钽母液,再将含钽母液逐滴加入乙醇溶液(1mL无水乙醇+10mL去离子水)中,滴加时间2min,加完后室温搅拌10min,再进行离心,用去离子水洗涤离心得到的固体产物,得到中空介孔氧化钽纳米粒子(HMT)。
2)将10mg中空介孔氧化钽纳米粒子分散在10mL去离子水中,再加入50mg的CuCl2·2H2O,室温搅拌6h,再加入100mg数均分子量40000g/mol的聚乙烯吡咯烷酮,室温搅拌1h,再加入50mg的Na2S·9H2O,加热至60℃搅拌反应10min,再停止加热,继续搅拌30min,再进行离心,用去离子水洗涤离心得到的固体产物,得到原位生长硫化铜的中空介孔氧化钽纳米粒子(HMTC);
3)将10mg原位生长硫化铜的中空介孔氧化钽纳米粒子分散在5mL水乙醇中,再加入50μL十八烷基三甲氧基硅烷,室温搅拌4h,再进行离心,用乙醇洗涤离心得到的固体产物,得到硅烷化的原位生长硫化铜的中空介孔氧化钽纳米粒子;
4)将10mg硅烷化的原位生长硫化铜的中空介孔氧化钽纳米粒子分散在2mL三氯甲烷中,再加入30mg聚马来酸酐-十八烯-聚乙二醇,室温搅拌1h,用氮气吹干,再将固体产物分散在10mL去离子水中,再进行离心,用去离子水洗涤离心得到的固体产物,得到聚乙二醇修饰的原位生长硫化铜的中空介孔氧化钽纳米粒子(HMTCP);
5)将5mg聚乙二醇修饰的原位生长硫化铜的中空介孔氧化钽纳米粒子加入反应器,排出反应器内空气,再加入50μL全氟戊烷,在冰水浴中超声处理5min,再加入1mL磷酸缓冲液,继续在冰水浴中超声处理10min,再将产物置于氧气气氛中进行充氧,得到复合纳米颗粒(HMTCP@PFP@O2)
性能测试:
将复合纳米颗粒配制成浓度500μg/mL的溶液,并设置空白溶液,使用激光热成像仪以及相对应的光热测试软件,选用波长808nm、功率0.7W/cm2的激光器,测试复合纳米颗粒在激光照射下的光热转化性能,测试结果如图5所示。
由图5可知:复合纳米颗粒具有优良的光热转化性能。
上述实施例为本发明较佳的实施方式,但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制,其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化,均应为等效的置换方式,都包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种复合纳米颗粒,其特征在于:由中空介孔氧化钽纳米粒子、硫化铜纳米晶和载氧液态氟碳构成,所述硫化铜纳米晶原位生长在中空介孔氧化钽纳米粒子表面,所述载氧液态氟碳填充在中空介孔氧化钽纳米粒子的空腔和孔道内。
2.根据权利要求1所述的复合纳米颗粒,其特征在于:所述中空介孔氧化钽纳米粒子的粒径为60~140nm,空腔和孔道的孔径为3~10nm。
3.根据权利要求1或2所述的复合纳米颗粒,其特征在于:所述载氧液态氟碳为载氧全氟戊烷、载氧全氟己烷中的至少一种。
4.权利要求1~3中任意一项所述复合纳米颗粒的制备方法,其特征在于:包括以下步骤:
1)将乙醇钽分散在无水乙醇中配制成含钽母液,再将含钽母液加入乙醇溶液中,充分搅拌,再对产物进行分离和纯化,得到中空介孔氧化钽纳米粒子;
2)将中空介孔氧化钽纳米粒子分散在水中,再加入铜盐、聚乙烯吡咯烷酮和硫化钠,充分反应,再对产物进行分离和纯化,得到原位生长硫化铜的中空介孔氧化钽纳米粒子;
3)将原位生长硫化铜的中空介孔氧化钽纳米粒子分散在无水乙醇中,再加入硅烷偶联剂,充分搅拌,再对产物进行分离和纯化,得到硅烷化的原位生长硫化铜的中空介孔氧化钽纳米粒子;
4)将硅烷化的原位生长硫化铜的中空介孔氧化钽纳米粒子分散在疏水有机溶剂中,再加入聚乙二醇或聚乙二醇衍生物,充分搅拌,再对产物进行分离和纯化,得到聚乙二醇修饰的原位生长硫化铜的中空介孔氧化钽纳米粒子;
5)将聚乙二醇修饰的原位生长硫化铜的中空介孔氧化钽纳米粒子加入反应器,排出反应器内空气,再加入液态氟碳,进行超声,再加入磷酸缓冲液,进行超声,再将产物置于氧气气氛中进行充氧,得到复合纳米颗粒。
5.根据权利要求4所述的制备方法,其特征在于:步骤2)所述中空介孔氧化钽纳米粒子、铜盐、聚乙烯吡咯烷酮、硫化钠的质量比为1:(2~6):(8~12):(2~6);步骤3)所述原位生长硫化铜的中空介孔氧化钽纳米粒子、硅烷偶联剂的添加量比为1g:(2.5~10)mL;步骤4)所述硅烷化的原位生长硫化铜的中空介孔氧化钽纳米粒子、聚乙二醇的质量比为1:(1~5);步骤4)所述硅烷化的原位生长硫化铜的中空介孔氧化钽纳米粒子、聚乙二醇衍生物的质量比为1:(1~5);步骤5)所述聚乙二醇修饰的原位生长硫化铜的中空介孔氧化钽纳米粒子、液态氟碳的添加量比为1g:(5~10)mL。
6.根据权利要求4或5所述的制备方法,其特征在于:步骤2)所述铜盐为氯化铜、硝酸铜、硫酸铜、醋酸铜中的至少一种。
7.根据权利要求4或5所述的制备方法,其特征在于:步骤3)所述硅烷偶联剂为十八烷基三甲氧基硅烷、十二烷基三甲氧基硅烷中的至少一种。
8.根据权利要求4或5所述的制备方法,其特征在于:步骤4)所述聚乙二醇衍生物为聚马来酸酐-十八烯-聚乙二醇、二硬脂酰基磷脂酰乙醇胺-聚乙二醇中的至少一种。
9.根据权利要求4或5所述的制备方法,其特征在于:所述分离的方式为离心,纯化的方式为用去离子水或者乙醇洗涤。
10.一种肿瘤放疗增敏剂,其特征在于:由权利要求1~3中任意一项所述的复合纳米颗粒制成。
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SONG,ET AL: "All-in-One Theranostic Nanoplatform Based on Hollow TaOx for Chelator-Free Labeling Imaging, Drug Delivery, and Synergistically Enhanced Radiotherapy", 《ADVANCED FUNCTIONAL MATERIALS》 * |
卢楠: "基于介孔有机氧化硅的肿瘤多模式成像及其引导下的增效治疗", 《中国博士学位论文全文数据库 医药卫生科技辑》 * |
董丽红著: "《两亲分子在纳米技术领域中的应用》", 31 October 2013, 吉林大学出版社 * |
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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CN113615709A (zh) * | 2020-06-24 | 2021-11-09 | 上海釜强智能科技有限公司 | 一种季铵盐消毒液 |
CN111840548A (zh) * | 2020-07-17 | 2020-10-30 | 华侨大学 | 一种层状双氢氧化物纳米片-硫化铜量子点异质纳米复合体的制备方法 |
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CN116603505A (zh) * | 2023-05-25 | 2023-08-18 | 上海晶宇环境工程股份有限公司 | 改性复合陶粒及其制备方法和应用 |
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