CN111214654A - 一种pom纳米材料及其制备方法和在制备光热治疗剂中的应用 - Google Patents

一种pom纳米材料及其制备方法和在制备光热治疗剂中的应用 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种POM纳米材料及其制备方法和在制备光热治疗剂中的应用，其是在碳酸钠提供的碱性环境下，将没食子酸和金属多酸混合搅拌反应，然后通过透析、冷冻干燥，即可获得粒径均匀的单分散POM纳米材料。本发明所得到的纳米材料具有优良的近红外吸收，能高效的将近红外光转换为热能，具有很高的光热转化效率和光热稳定性，可以用于肿瘤的光热治疗；同时本发明所得纳米材料还可以清除由于光热治疗所产生的活性氧，从而抑制由于光热治疗产生的炎症反应，达到非炎症性光热治疗的目的。

Description

一种POM纳米材料及其制备方法和在制备光热治疗剂中的 应用
技术领域
本发明属于纳米材料制备及生物医药领域，具体涉及一种POM纳米材料及其制备方法和在制备光热治疗剂中的应用。
背景技术
纳米材料由于独特的性质在诸多领域得到了广泛应用，尤其在生物医学领域的应用不断得到广泛的认可。纳米材料的不断发展，将多种功能集于一身，使实现一种材料的多种用途变为了可能。随着纳米材料的不断发展，其在炎症清除、肿瘤治疗和放疗防护等方面的应用越来越受到重视。
近红外激光是一种理想的光源，具有组织穿透性强、对正常组织无危害的优点。光热试剂通过原位注射或静脉富集到肿瘤组织区域后，将近红外激光照射的光能转换为热能，升高肿瘤病灶部位的局部温度，可以达到杀死肿瘤细胞目的。光热治疗具有非侵入、过程简单、精准高效、可控性高以及对正常组织的低毒性特点等诸多优点。
金属多酸是一类由过渡金属原子和多原子按照一定结构配位形成的含氧多酸，兼具氧化性和还原性，具有很好的催化活性，且稳定性好，是一类大有前途的绿色催化剂。多金属氧酸盐(POM)被认为是有潜力用于肿瘤治疗的药物，但其并未被进一步应用，主要是因为高质量浓度多金属氧酸盐本身的毒性以及对正常细胞较大的副作用，容易产生不良反应，这限制了POM纳米材料在生物医学领域的进一步应用。同时传统的光热治疗剂在治疗过程中由于高温会使细胞产生凝固性坏死，累积大量活性氧，从而导致炎症的产生，不利于肿瘤的治疗。研发一种具有消炎功能的光热治疗剂，具有重要的实际应用价值。
发明内容
为避免上述现有技术所存在的不足之处，本发明提供了一种POM纳米材料及其制备方法和在制备光热治疗剂中的应用，以期可以通过简单的一步法合成具有良好生物相容性和分散性的POM纳米材料，并将其用于肿瘤的非炎症性光热治疗。
本发明解决技术问题，采用如下技术方案：
本发明首先公开了一种POM纳米材料，其特点在于：所述POM纳米材料的粒径为1-10nm，是在碳酸钠提供的碱性环境下，将没食子酸和金属多酸混合搅拌反应获得。
进一步地，所述POM纳米材料中的金属元素的价态为+5价和+6价的混合态。
进一步地，所述金属多酸为磷钼酸和磷钨酸中的至少一种。
本发明所述POM纳米材料的制备方法，包括如下步骤：
(1)将没食子酸加入到50～60℃的热水中，恒温搅拌至溶解，然后冷却至室温，获得没食子酸溶液；将金属多酸溶解在水中，获得金属多酸溶液；将碳酸钠溶解在水中，获得碳酸钠溶液；
(2)室温下，在没食子酸溶液中滴加金属多酸溶液，搅拌反应3-5min，然后滴加碳酸钠溶液，再搅拌反应4-6h，获得POM纳米材料的水溶液；
(3)将所述POM纳米材料的水溶液倒入透析袋，放在超纯水中透析24～48h，每隔2h换一次水；透析完成后，所得产物经冷冻干燥，即获得POM纳米材料。
进一步地，所述没食子酸和所述金属多酸的质量比为1～2：1，所述没食子酸和所述碳酸钠的质量比为1：2～3。
本发明还公开了所述POM纳米材料在制备光热治疗剂中的应用。本发明的所述POM纳米材料具有清除致炎物质的能力，以所述POM纳米材料制备的光热治疗剂可降低在光热治疗后所产生的炎症因子，即POM纳米材料可用于作为非炎症性光热治疗剂。
本发明的有益效果体现在：
1、本发明利用没食子酸作为还原剂和保护剂，在碱性环境中使金属多酸反应，获得了深绿色的POM纳米材料，合成方法简便环保，便于实现工业化。
2、相比于现有的多金属氧酸盐，本发明的方法所获得的POM纳米材料，在作为光热治疗剂时，具有非常好的生物相容性，且在较低的质量浓度下就可以达到显著的光热治疗效果。
3、本发明所获得的POM纳米材料具有还原性，可以清除由于光热治疗所产生的活性氧，降低在光热治疗后所产生的炎症因子，达到非炎症性光热治疗的目的。
4、本发明所制备的POM纳米材料为粉针剂，便于储存和运输。
5、本发明所制备的POM纳米材料具有良好的近红外吸收，能高效的将近红外光转换为热能，具有很高的光热转化效率和光热稳定性，可用于肿瘤的光热治疗。
附图说明
图1为实施例1所得POM纳米材料以不同浓度溶解在水中的分散性图示；
图2为实施例1所得POM纳米材料的透射电镜图；
图3为实施例1所得POM纳米材料的X射线光电子能谱分析图；
图4为实施例1所得POM纳米材料的傅里叶红外光谱图；
图5为实施例1所得POM纳米材料的紫外-可见吸收光谱图；
图6为不同浓度POM纳米材料的水溶液在808nm激光下照射3min的升温曲线图；
图7为POM纳米材料的水溶液在808nm激光下反复照射5次的光热稳定效果图；
图8为POM纳米材料对ABTS自由基清除率图；
图9为POM纳米材料对O2·-的清除率图；
图10为MTT法测定不同浓度POM纳米材料在808nm激光照射不同时间下4T1细胞的活性图；
图11为POM纳米材料对小鼠4T1皮下肿瘤模型中利用热疗杀伤的体积抑制曲线；
图12为POM纳米材料在热疗后对小鼠体内肿瘤坏死因子的清除作用图。
具体实施方式
下面对本发明的实施例作详细说明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
实施例1、POM纳米材料的制备
(1)将100mg没食子酸加入到60℃的6mL超纯水中，恒温搅拌至溶解，然后冷却至室温，获得没食子酸溶液；将60mg磷钨酸溶解在1mL超纯水中，获得磷钨酸溶液；将225mg碳酸钠溶解在1mL超纯水中，获得碳酸钠溶液；
(2)室温下，在没食子酸溶液中滴加磷钨酸溶液，搅拌反应3min，然后滴加碳酸钠溶液，再搅拌反应5h，获得POM纳米材料的水溶液；
(3)将POM纳米材料的水溶液倒入透析袋，放在超纯水中透析36h，每隔2h换一次水；透析完成后，所得产物冷冻干燥成粉，即获得POM纳米材料。
将本实施例所得POM纳米材料溶解在水中，获得不同浓度的POM水溶液(10-200μg/mL)，从图1可以看出，其在水中具有优良的分散性。
图2为本实施例所得POM纳米材料的透射电镜图，可以看出产物大小均一，平均粒径在2nm左右。
图3为本实施例所得POM纳米材料的X射线光电子能谱分析图，与钨元素标准数值比较，可以看出部分钨元素被还原为+5价，POM纳米材料中的钨元素的价态为+5价和+6价的混合态。
图4为本实施例所得POM纳米材料的傅里叶红外光谱图，通过比较POM纳米材料、没食子酸和磷钨酸，证明了POM纳米材料的成功合成。
图5为不同浓度的POM水溶液的紫外-可见吸收光谱图。可以看出，在不同浓度下，POM纳米材料有着良好的近红外吸收，表明其可用于近红外诱导的光热治疗。
实施例2、光热升温测试
将实施例1所得POM纳米材料溶解在水中，获得不同浓度的POM水溶液(0-300μg/mL)，各取200μL置于2mL离心管中，将红外相机温度探头正对溶液，用808nm激光器以2W的功率照射3min，每15秒记录一次溶液温度，测试不同浓度的POM纳米材料的光热升温曲线，结果如图6所示。可以发现POM纳米材料具有良好的近红外吸收，在低浓度下即可以达到较高的温度，表明POM纳米材料可以在近红外的诱导下用作肿瘤的光热治疗。
取200μL浓度为200μg/mL的POM纳米材料的水溶液置于2mL离心管中，将红外相机温度探头正对溶液，用808nm激光器以2W的功率照射3min，接着关掉808nm激光器，让其自然冷却至起始温度，在此过程中用红外相机每15秒记录温度的变化，如此循环5次。图7为POM水溶液在808nm激光下反复照射5次的光热稳定效果图，可以看出，POM纳米材料有着良好的光热稳定性
实施例3、POM纳米材料清除自由基能力
取ABTS母液稀释50倍后获得ABTS工作液，避光保存。取ABTS工作液2mL置于离心管中，然后加入适量POM纳米材料的水溶液，再补加ABTS工作液至3mL，使体系中POM纳米材料的浓度在0、25、50、100、150、200μg/mL。将体系常温避光反应10min，通过紫外-可见分光光度计测量734nm吸光值。不同浓度POM纳米材料对ABTS自由基的清除率结果如图8所示，可以看出，POM纳米材料对ABTS自由基的清除率可以达到90％。
利用总SOD试剂盒配制WST-8/酶工作液和反应启动工作液，向96孔板中依次加入POM纳米材料、缓冲液、WST-8/酶工作液和反应启动工作液，在37℃水浴锅中孵育30min，在450nm测定吸光值。不同浓度POM纳米材料对O2·-的清除率结果如图9所示，可以看出POM纳米材料对O2·-具有较好的清除率。
图10为MTT法测定不同照射时间前后不同浓度POM纳米材料(0-400μg/mL)对4T1细胞活性图，具体测试方式为：先将4T1细胞铺板在96孔板中过夜，将POM纳米材料用培养基溶解(0-400μg/mL)至不同浓度后加入到96孔板中，用808nm激光照射0min、3min和5min，通过MTT法测定4T1细胞活性。可以看出POM纳米材料在近红外激光的诱导下可以产生热能杀死肿瘤细胞，且随着激光照射时间和POM纳米材料浓度的增加，杀伤效果增强。
图11为POM纳米粒子注入小鼠4T1皮下肿瘤模型后利用热疗杀伤的肿瘤体积抑制曲线。具体操作为：将40只肿瘤为40-60mm3的4T1模型肿瘤鼠平均分为4个实验组，即磷酸盐缓冲液组、磷酸盐缓冲液+激光组、POM纳米材料组和POM纳米材料+激光组，然后对每组小鼠给予名称所对应的注射药物和激光照射处理，其中注射剂量为100μL(POM纳米材料溶液浓度为40mg/kg)，激光功率为1.5W/cm2，照射时间为5min。注射处理后，用游标卡尺量取在不同天数(0，2，4，6，8，10，12，14天)各组中老鼠肿瘤的体积。结果如图11所示。从肿瘤体积变化可以看出，在近红外激光照射下POM纳米材料对肿瘤有明显的抑制效果。
图12为小鼠经不同纳米材料光热治疗后体内肿瘤坏死因子的含量图。具体操作为：将12只肿瘤为40-60mm3的4T1模型肿瘤鼠平均分为4个实验组，即磷酸盐缓冲液组、POM纳米材料组、氧化石墨烯+激光组和POM纳米材料+激光组，然后对每组小鼠给予名称所对应的注射药物和激光照射处理，其中注射剂量为100μL(POM纳米材料溶液浓度为200mg/mL、氧化石墨烯溶液浓度为50mg/mL)，激光功率为1.5W/cm2，照射时间为5min。注射处理后24h，对小鼠进行眼部静脉取血置于离心管中，静置分层后离心取上层血清通过肿瘤坏死因子试剂盒测定含量。结果如图12所示，POM纳米材料本身不会产生炎症，相较于氧化石墨烯+激光组，POM纳米材料+激光组在光热治疗后可以清除肿瘤坏死因子，防止炎症的产生，避免了肿瘤的复发。
以上所述仅为本发明的示例性实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种POM纳米材料，其特征在于：所述POM纳米材料的粒径为1-10nm，是在碳酸钠提供的碱性环境下，将没食子酸和金属多酸混合搅拌反应获得。
2.根据权利要求1所述的POM纳米材料，其特征在于：所述POM纳米材料中的金属元素的价态为+5价和+6价的混合态。
3.根据权利要求1或2所述的POM纳米材料，其特征在于：所述金属多酸为磷钼酸和磷钨酸中的至少一种。
4.一种权利要求1～3中任意一项所述POM纳米材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)将没食子酸加入到50～60℃的热水中，恒温搅拌至溶解，然后冷却至室温，获得没食子酸溶液；将金属多酸溶解在水中，获得金属多酸溶液；将碳酸钠溶解在水中，获得碳酸钠溶液；
(2)室温下，在没食子酸溶液中滴加金属多酸溶液，搅拌反应3-5min，然后滴加碳酸钠溶液，再搅拌反应4-6h，获得POM纳米材料的水溶液；
(3)将所述POM纳米材料的水溶液倒入透析袋，放在超纯水中透析24～48h，每隔2h换一次水；透析完成后，所得产物经冷冻干燥，即获得POM纳米材料。
5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于：所述没食子酸和所述金属多酸的质量比为1～2：1，所述没食子酸和所述碳酸钠的质量比为1：2～3。
6.一种权利要求1～3中任意一项所述POM纳米材料在制备光热治疗剂中的应用。
7.根据权利要求6所述的应用，其特征在在于：所述POM纳米材料具有清除致炎物质的能力，以所述POM纳米材料制备的光热治疗剂可降低在光热治疗后所产生的炎症因子。
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