CN112370526A - 一种用于癌症光热治疗的金纳米棒合成方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种用于癌症光热治疗的金纳米棒合成方法，首先制备NaBH4溶液，并将所述NaBH4溶液插入冰中至少10分钟；同时，将CTAB溶液加入玻璃小瓶，并置于30℃水浴中，缓慢搅拌；然后在CTAB溶液中加入HAuCl4溶液，然后在剧烈搅拌下加入在冰中插入了10分钟以上的NaBH4溶液，得到棕褐色的种子溶液；然后，在30℃缓慢搅拌下，在CTAB溶液中添加AgNO3水溶液，HAuC4溶液，抗坏血酸溶液以及在水浴中静置了1小时的种子溶液，继续搅拌1分钟，然后在黑暗中静置1小时，将溶液转移至Eppendorf管中，并进行离心以去除上清液，得到溶液沉淀；最后将溶液沉淀重悬于磷酸盐缓冲盐水中，得到金纳米棒。
Description
技术领域
本发明涉及纳米材料技术领域，特别涉及一种用于癌症光热治疗的金纳米棒合成方法。
背景技术
癌症是世界上主要的公共卫生问题。据统计，在2000年，全世界有约1000万人患上了恶性疾病，同时超过600万人死于该癌症。癌症归因于正常细胞中DNA的突变，与健康细胞相反，癌细胞中的异常DNA无法修复。而且，癌细胞的生长不受控制。
为了治疗癌症，自1970年代以来，人们已经开发出许多诊断和治疗方法。目前，被广泛使用的大多数技术都是侵入性的治疗，极可能引起全身毒性。其中，最有效的一种治疗方法就是进行手术，以切除癌症部位，但是这一方法并不能够适用所有癌症的治疗，例如对于难以接近或较大的肿瘤，就无法采用手术的方式切除。
随着纳米技术的发展，其在生物医学领域的应用也越来越广泛，采用纳米技术进行癌症的治疗成为可能。纳米技术是指尺寸为纳米级的功能性材料、设备和系统。当材料达到纳米级尺寸时，量子力学效应就变得很重要，这就使得该材料能够获得宏观尺度下所缺乏的新特性，例如，电子、磁性和光学效果，而这些新特性可以广泛应用与各种领域。在生物医学领域中，由于纳米粒子的尺寸与病毒接近，因此，某些具有特殊性质的纳米粒子已成为潜在应用对象，可以被注入人体进入血流循环，进而实现指定功能。例如，金纳米颗粒(GNP)的体积小，但表面积大，因此，可以用于负载药物，并增强药物的稳定性和溶解性，GNP可以将不稳定的药物输送到身体原本无法进入的区域，成为有效的药物输送剂。而与其他分子种类相比，金纳米粒子具有更好的吸收和散射能力，因此其还可以用于生物成像以及生产新型生物医学传感器和造影剂。此外，金纳米颗粒具有在非辐射过程中将吸收的光转换成热的能力，因此，通过一定的方法使金纳米棒在肿瘤内富集，在特定波长激光的照射下，使得肿瘤局部升温而杀死肿瘤组织，而周围正常组织没有金纳米棒，不会受到影响，这使得金纳米棒用于癌症的光热治疗成为可能。
纳米材料在生物医学领域的应用，还需要解决的一个问题就是其毒性问题，目前比较常用的方法是控制粒径和表面涂层。对于金纳米棒而言，还可以通过对金纳米棒长径比的控制以实现最大吸收峰在可见-近红外区的精细调节。当金纳米棒应用于激光光热治疗时，其对激光的吸收和热转化效率主要由纵向吸收峰波峰决定，当波峰和激光波长一致时，吸收和热转化效率最高，在达到同样的治疗效果时，所需要的激光功率最低，激光照射时间最短。
传统的制备金纳米棒的方法相对复杂，2001年Murthy等人首次通过晶种法来制备金纳米棒，该方法对环境和设备的要求低，制备过程简单：其先利用NaBH4还原制得小尺寸的胶体金作为“种子”，然后在将晶中加入生长溶液中，在晶种表面进行生长，进而得到尺寸均一的金纳米棒，并通过加入银离子，使得金纳米棒的产率达到40％-50％。为了进一步提高金纳米棒的产率，El-Sayed课题组改进了该方法，通过调整种子和银离子的比例，将产率提高到95％以上。此后金纳米棒的合成方法大多是在此基础上进行微调。但是由于影响反应结果的条件较多，通常需要综合调整，才能达到预想结果。
发明内容
针对现有技术中的部分或全部问题，本发明提供一种用于癌症光热治疗的金纳米棒合成方法，包括：
制备种子溶液，包括：
制备NaBH4溶液，并将所述NaBH4溶液插入冰中至少10分钟；
将保护剂CTAB溶液加入容器中，并置于30℃水浴中，以不高于600rpm的速度搅拌；
在所述CTAB溶液中加入HAuCl4溶液，然后在高于1000rpm速度的搅拌下加入所述NaBH4溶液，得到棕褐色的种子溶液；以及
5分钟后，将所述种子溶液在水浴中静置1小时；以及
合成金纳米棒，包括：
在30℃不高于600rpm的搅拌下，将AgNO3水溶液添加到CTAB溶液中，然后加入HAuC4溶液，抗坏血酸溶液以及种子溶液，得到无色的混合溶液；
将所述混合溶液搅拌1分钟，然后在黑暗中静置1小时；
将所述混合溶液转移至Eppendorf管中，并进行离心去除上清液，得到溶液沉淀；以及
将所述溶液沉淀重悬于磷酸盐缓冲盐水中，得到金纳米棒。
在本发明中，所述保护剂CTAB溶液是指溴化十六烷基三甲铵(Cetrimoniumbromide)。
进一步地，制备所述种子溶液时，所述NaBH4溶液浓度为0.01Mol/L，所述CTAB溶液浓度为0.1Mol/L，所述HAuCl4溶液浓度为0.01Mol/L。
进一步地，所述种子溶液包括9.75mlCTAB溶液、0.25mlHAuCl4溶液以及0.6mlNaBH4溶液。
进一步地，合成金纳米棒时，所述AgNO3水溶液的浓度为0.01Mol/L，所述CTAB溶液浓度为0.1Mol/L，所述HAuC4溶液的浓度为0.01Mol/L，所述抗坏血酸的浓度为0.1Mol/L。
进一步地，所述金纳米棒包括130μl的AgNO3水溶液，9.5ml的CTBA溶液，0.5ml的HAuC4溶液，55μl的抗坏血酸，以及12μl的种子溶液。
进一步地，所述离心转速为8500rpm，并持续15分钟。
进一步地，所述磷酸盐缓冲盐水的pH值为7.4。
本发明提供一种用于癌症光热治疗的金纳米棒合成方法，通过晶种法制备金纳米棒，制备方法简单。同时，经过发明人独创性的研究，发现当金纳米棒长径比为4.0时，其纵向最大光吸收峰位为808nm，而波长为808nm的近红外激光照射金纳米棒可以引起该微粒表层导带电子发生相干最大震荡，从而使癌症光热治疗的效率最高，为此，发明人进一步研究确定了制备长径比为4.0的金纳米棒所需的各种溶液的浓度及比例，以及所需的温度，使得能够合成纯度高、重复性强的金纳米棒，且其产率达95％以上。
附图说明
为进一步阐明本发明的各实施例的以上和其它优点和特征，将参考附图来呈现本发明的各实施例的更具体的描述。可以理解，这些附图只描绘本发明的典型实施例，因此将不被认为是对其范围的限制。在附图中，为了清楚明了，相同或相应的部件将用相同或类似的标记表示。
图1示出本发明一个实施例的一种用于癌症光热治疗的金纳米棒合成方法的流程示意图；
图2示出通过本发明一个实施例的一种用于癌症光热治疗的金纳米棒合成方法制备的种子溶液的UV-Vis光谱图；
图3示出通过本发明一个实施例的一种用于癌症光热治疗的金纳米棒合成方法制备的金纳米棒的UV-Vis光谱图；
图4示出通过本发明一个实施例的一种用于癌症光热治疗的金纳米棒合成方法制备的金纳米棒的TEM图；以及
图5示出通过本发明一个实施例的一种用于癌症光热治疗的金纳米棒合成方法制备的金纳米棒的长径比统计图。
具体实施方式
以下的描述中，参考各实施例对本发明进行描述。然而，本领域的技术人员将认识到可在没有一个或多个特定细节的情况下或者与其它替换和/或附加方法、材料或组件一起实施各实施例。在其它情形中，未示出或未详细描述公知的结构、材料或操作以免模糊本发明的发明点。类似地，为了解释的目的，阐述了特定数量、材料和配置，以便提供对本发明的实施例的全面理解。然而，本发明并不限于这些特定细节。此外，应理解附图中示出的各实施例是说明性表示且不一定按正确比例绘制。
在本说明书中，对“一个实施例”或“该实施例”的引用意味着结合该实施例描述的特定特征、结构或特性被包括在本发明的至少一个实施例中。在本说明书各处中出现的短语“在一个实施例中”并不一定全部指代同一实施例。
需要说明的是，本发明的实施例以特定顺序对工艺步骤进行描述，然而这只是为了阐述该具体实施例，而不是限定各步骤的先后顺序。相反，在本发明的不同实施例中，可根据工艺的调节来调整各步骤的先后顺序。
用于癌症治疗的传统方法包括手术，化学疗法和放射疗法。它们几乎都是痛苦的，对患者的健康有害。金纳米棒由于其通过非辐射过程将吸收的光辐射转化为热量的高效率，因此具有作为光热治疗试剂的巨大潜力。通过光热治疗获得的温度升高足以引起细胞损伤，例如热疗，凝血和蒸发。当功能化的金纳米棒选择性附着在癌细胞上时，这种加热可以杀死癌细胞而不会影响正常细胞。
金纳米棒独特的物理化学性质能有效吸收和散射650-900nm的近红外辐射，并具有合适的纵横比，所述纵横比等于长度除以宽度。金纳米棒能够吸收近红外光并将其转化为热，然后通过凋亡和/或坏死引起细胞死亡。金纳米棒具有一个横向等离子共振吸收峰(transverse surface plasmon resonance，TSPR)和一个纵向等离子共振吸收峰(longitudinal surface plasmon resonance，LSPR)，分别对应其横轴和纵轴两个特征尺寸，纵轴长度和横轴直径之比为金纳米棒的长径比(aspect ratio，AR)。通过改变实验条件可以制备长度、长径比可调的金纳米棒。
金纳米棒有两个表面等离子共振带，横向带在可见光区λ＝520nm处，而纵向带在很宽的近红外光波长范围内，只要长径比发生微小的变化，金纳米棒的纵向带的吸收波长就会发生剧烈变化。纵向模式的共振如果发生在近红外光谱700-900nm的波长范围内，能够在生物组织中具有最大穿透深度，以及最高细胞摄取效率。当金纳米棒长径比为4.0时，其纵向最大光吸收峰位为808nm左右，波长为808nm的近红外激光照射金纳米棒可以引起该微粒表层导带电子发生相干最大震荡，从而使癌症光热治疗的效率最高。
基于此，本发明提供一种用于癌症光热治疗的金纳米棒合成方法，其通过对晶种溶液、银离子用量、反应温度等条件进行优化调整，能够得到稳定高效合成长径比为4.0的金纳米棒，其纵向吸收峰波峰在808nm，产率在95％以上。下面结合实施例附图对本发明的方案做进一步描述。
图1示出本发明一个实施例的一种用于癌症光热治疗的金纳米棒合成方法的流程示意图。如图1所示，一种用于癌症光热治疗的金纳米棒合成方法，包括:
制备种子溶液，包括：
首先，在步骤1011，制备NaBH4溶液。制备制定浓度的NaBH4溶液，并将所述NaBH4溶液插入冰中至少10分钟；在本发明的一个实施例中，所述NaBH4溶液浓度为0.01Mol/L；
接下来，在步骤1012，准备CTAB溶液。所述CTAB溶液是指溴化十六烷基三甲铵(Cetrimonium bromide)，其准备包括：将指定浓度的一定量的保护剂CTAB溶液加入容器中，所述容器容积不小于20mL，可以为玻璃小瓶、烧杯或其他任何便于搅拌的容器，将所述容器置于30℃水浴中，以不高于600rpm的速度缓慢搅拌；在本发明的一个实施例中，所述CTAB溶液浓度为0.1Mol/L，在本发明的又一个实施例中，准备的CTAB溶液为9.75ml；
接下来，在步骤1013，合成种子溶液。在所述CTAB溶液中加入HAuCl4溶液，然后在不低于1000rpm的剧烈搅拌下加入步骤1011中制备的NaBH4溶液，得到种子溶液，在此过程中溶液的颜色有鲜黄色变为棕褐色；在本发明的一个实施例中，所述HAuCl4溶液浓度为0.01Mol/L，在本发明的又一个实施例中，采用HAuCl4溶液0.25ml以及NaBH4溶液0.6ml；以及
最后，在步骤1014，静置。在步骤1013所制备的溶液变为棕褐色5分钟后，将所述种子溶液在水浴中静置1小时；以及
合成金纳米棒，包括：
首先，在步骤1021，混合溶液。在30℃温度下，一边以不高于600rpm的速度缓慢搅拌，一边将AgNO3水溶液添加到CTAB溶液中，然后加入HAuC4溶液，抗坏血酸溶液以及种子溶液，在添加抗坏血酸溶液后，溶液的颜色由鲜黄色变为无色；在本发明的一个实施例中，所述AgNO3水溶液的浓度为0.01Mol/L，所述CTAB溶液浓度为0.1Mol/L，所述HAuC4溶液的浓度为0.01Mol/L，所述抗坏血酸的浓度为0.1Mol/L，在本发明的又一个实施例中，各溶液的用量为：30μl的AgNO3水溶液，9.5ml的CTAB溶液，0.5ml的HAuC4溶液，55μl的抗坏血酸，以及12μl的种子溶液；
接下来，在步骤1022，搅拌溶液。将步骤1021中得到的无色的混合溶液搅拌1分钟，然后在黑暗中静置1小时；
接下来，在步骤1023，获取沉淀。将所述混合溶液转移至Eppendorf管中，并进行离心，然后去除上清液，得到溶液沉淀；在本发明的一个实施例中，所述离心转速为8500rpm，并持续15分钟；以及
最后，在步骤1024，得到并保存金纳米棒。将所述溶液沉淀重悬于磷酸盐缓冲盐水中，得到金纳米棒，并在室温下保存；在本发明的一个实施例中，将所述溶液沉淀重悬于10ml的，pH值为7.4的磷酸盐缓冲盐水中。金纳米棒的TEM图如图4所示。
为了进一步验证本发明实施例中用于癌症光热治疗的金纳米棒合成方法的效果，根据所述方法进行了多次实验，首先，根据上述步骤制备得到的种子溶液的紫外-可见光吸收光谱(UV-Vis光谱)如图2所示；多次实验中得到的金纳米棒的UV-Vis光谱以及长径比统计分别如图3及图5所示，可以看出，所述金纳米棒的最大光吸收峰位在790nm至824nm之间，偏差较小，同时长径比大概率分布于4.0±0.5范围内，证明本发明实施例中用于癌症光热治疗的金纳米棒合成方法具有均一性好、纯度高、重复性强的特点。
尽管上文描述了本发明的各实施例，但是，应该理解，它们只是作为示例来呈现的，而不作为限制。对于相关领域的技术人员显而易见的是，可以对其做出各种组合、变型和改变而不背离本发明的精神和范围。因此，此处所公开的本发明的宽度和范围不应被上述所公开的示例性实施例所限制，而应当仅根据所附权利要求书及其等同替换来定义。
Claims (7)
1.一种用于癌症光热治疗的金纳米棒合成方法，其特征在于，包括步骤：
制备NaBH4溶液，并将所述NaBH4溶液插入冰中至少10分钟；
将CTAB溶液加入容器中，并置于30℃水浴中，以不高于600rpm的速度搅拌；
在所述CTAB溶液中加入HAuCl4溶液，然后在不低于1000rpm的剧烈搅拌下加入所述NaBH4溶液，得到棕褐色的种子溶液；以及
5分钟后，将所述种子溶液在水浴中静置1小时；
在30℃不高于600rpm的搅拌下，在CTAB溶液中添加AgNO3水溶液，然后加入HAuC4溶液，抗坏血酸溶液以及种子溶液，得到无色的混合溶液；
将所述无色的混合溶液搅拌1分钟，然后在黑暗中静置1小时；
将静置后的混合溶液转移至Eppendorf管中，并进行离心以去除上清液，得到溶液沉淀；以及
将所述溶液沉淀重悬于磷酸盐缓冲盐水中，得到金纳米棒。
2.如权利要求1所述的合成方法，其特征在于，所述NaBH4溶液浓度为0.01Mol/L，所述CTAB溶液浓度为0.1Mol/L，所述HAuCl4溶液浓度为0.01Mol/L。
3.如权利要求2所述的合成方法，其特征在于，所述种子溶液包括9.75mlCTAB溶液、0.25mlHAuCl4溶液以及0.6mlNaBH4溶液。
4.如权利要求1所述的合成方法，其特征在于，所述AgNO3水溶液的浓度为0.01Mol/L，所述HAuC4溶液的浓度为0.01Mol/L，以及所述抗坏血酸的浓度为0.1Mol/L。
5.如权利要求4所述的合成方法，其特征在于，所述金纳米棒包括130μl的AgNO3水溶液，9.5ml的CTAB溶液，0.5ml的HAuC4溶液，55μl的抗坏血酸，以及12μl的种子溶液。
6.如权利要求1所述的合成方法，其特征在于，所述离心转速为8500rpm，并持续15分钟。
7.如权利要求1所述的合成方法，其特征在于，所述磷酸盐缓冲盐水的pH值为7.4。
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