CN113213532A - 一种二氧化钛/碳复合物材料及其制备方法与应用 - Google Patents

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Abstract

本申请公开了一种二氧化钛/碳复合物材料及其制备方法与应用。所述二氧化钛/碳复合物材料包括二氧化钛颗粒和多孔碳；所述二氧化钛颗粒分散于所述多孔碳中。所述二氧化钛/碳复合物材料在反复超声作用下能够保持物化性质稳定，并且可以有效的进行反复声动力治疗。

Description

一种二氧化钛/碳复合物材料及其制备方法与应用
技术领域
本申请涉及一种二氧化钛/碳复合物材料及其制备方法与应用，属于纳米材料技术领域。
背景技术
以光动力为代表的动力学治疗因其较高的特异性、优异的治疗效果和较低的毒副作用而被广泛的应用于肿瘤治疗中。然而所用光源的穿透深度不足及高热效应极大地限制了其应用范围。目前，由超声触发的声动力治疗被认为有望成为用于深层肿瘤治疗的一种非侵入式治疗方法。其作用机理与光动力治疗类似，通过超声触发声敏剂与其周围的氧气甚至水分子相互作用，产生具有细胞毒性的活性氧，从而杀死肿瘤细胞。
在声动力治疗中，二氧化钛因其独特的价带结构被认为是一种优异的声动力治疗增敏剂。大量研究表明二氧化钛纳米颗粒能够在外部超声作用下有效产生多种具有较高毒性的活性氧从而起到杀灭肿瘤细胞的作用。然而目前所用的二氧化钛在超声过程中往往存在物理化学性质的改变，使得在单次超声作用后其会产生化学结构的改变亦或是颗粒的团聚，从而使得难以进行二次超声治疗。因此本领域继续一种新型二氧化钛结构的材料可用于反复声动力治疗，这将在二氧化钛用于反复声动力治疗领域取得新的突破。
发明内容
根据本申请的一个方面，提供一种二氧化钛/碳复合物材料，所述二氧化钛/碳复合物材料中，二氧化钛颗粒分散于多孔碳中。所述二氧化钛/碳复合物材料在反复超声作用下能够保持物化性质稳定，并且可以有效的进行反复声动力治疗。
一种二氧化钛/碳复合物材料，所述二氧化钛/碳复合物材料包括二氧化钛颗粒和多孔碳；
所述二氧化钛颗粒分散于所述多孔碳中。
可选地，所述二氧化钛/碳复合物材料中，钛元素含量为5～20wt％。
可选地，所述钛元素含量上限选自5、8、10、12、15、18或20wt％；
下限选自5、8、10、12、15或18wt％。
可选地，所述二氧化钛/碳复合物材料的粒径为50～400纳米。
可选地，所述二氧化钛/碳复合物材料的粒径上限选自80、120、150、200、250、300、350或400纳米；下限选自50、80、120、150、200、250、300或350纳米。
可选地，所述二氧化钛颗粒的粒径为5～20纳米。
可选地，所述多孔碳的孔径为0.6～5纳米，孔隙率为20～70％
根据本申请的另一个方面，提供上述任一项所述的二氧化钛/碳复合物材料的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：
将含有钛元素的有机金属框架煅烧，得到所述二氧化钛/碳复合物材料。
可选地，所述含有钛元素的有机金属框架中的有机配体选自如式I所示的有机物中的至少一种；
Figure BDA0003049269510000021
其中，R1选自氢、羧基、羟基、硝基中的任一种；
R2为羧基；
可选地，所述有机配体选自对苯二甲酸、2-硝基对苯二甲酸、2-羟基对苯二甲酸、均苯三甲酸。
可选地，所述含有钛元素的有机金属框架选自Ti-对苯二甲酸金属有机框架、Ti-4-羟基对苯二甲酸金属有机框架、Ti-4-硝基对苯二甲酸金属有机框、Ti-均苯三甲酸金属有机框架中的任一种。
可选地，所述煅烧的条件包括：煅烧时间为1～6h。
可选地，所述煅烧时间上限选自2、3、4、5或6h；1、2、3、4、5、6h下限选自1、2、3、4、或5h。
可选地，所述煅烧的条件包括：煅烧温度为200～500℃。
可选地，所述煅烧温度上限选自250、300、350、400、450或500℃；下限选自200、250、300、350、400或450℃。
可选地，所述煅烧的条件包括：升温的速率为1～5℃/min。
根据本申请的另一个方面，提供上述任一项所述的二氧化钛/碳复合物材料、根据上述任一项所述的制备方法制备得到的二氧化钛/碳复合物材料中的至少一种作为声动力治疗增敏剂的应用。
可选地，所述声动力治疗为反复声动力治疗。
可选地，所述反复声动力治疗针对的疾病为肿瘤；
可选地，所述肿瘤包括乳腺癌、胰腺癌、肺癌、肾癌、肝癌中的至少一种。
本发明的第一目的在于提供纳米二氧化钛/碳纳米复合物，所述纳米二氧化钛/碳纳米复合物是由二氧化钛和碳组成的一种复合物，在反复超声作用下能够保持物化性质稳定，并且可以有效的进行反复声动力治疗。
本发明的第二目的在于提供所述纳米二氧化钛/碳纳米复合物的制备方法，所述制备方法能够以简单的操作和稳定的流程可靠的制成复合物。
本发明的第三目的在于提供所述纳米二氧化钛/碳纳米复合物的应用，所述复合物能够用于多种肿瘤的反复声动力治疗。
本发明涉及一种纳米二氧化钛/碳纳米复合物，所述材料是一种复合物，其中所述的复合物中的二氧化钛粒子分散于多孔碳中。
可选地，所述纳米二氧化钛/碳纳米复合物的整体大小为50～400纳米，钛含量为5～20％。
本发明的另一方面涉及所述的纳米二氧化钛/碳纳米复合物的制备方法，所述方法包括：
1)利用水热合成法合成含有钛元素的有机金属框架；
2)将步骤1)中得到的原料置于马弗炉中加热煅烧；
3)将步骤2)中煅烧得到的固体置于去离子水中分散后离心分离、冷冻干燥。
可选地，所述步骤1)中所述的有机金属框架的有机配体选自对苯二甲酸、4-硝基对苯二甲酸、4-羟基对苯二甲酸、均苯三酸中的一种。
可选地，所述步骤2)中地煅烧温度为200～500摄氏度，煅烧时间为1～6小时。
本发明的另一方面设计所述的纳米二氧化钛/碳纳米复合物用于癌症声动力治疗中的应用；
可选地，所述癌症包括乳腺癌、胰腺癌、肺癌、肾癌、肝癌。
本申请能产生的有益效果包括：
1)本发明所提供的纳米二氧化钛/碳纳米复合物，二氧化钛颗粒分散于所述多孔碳中，在超声作用下具有较高的物化稳定性，能够实现反复声动力治疗，到达增强声动力治疗的效果。
2)本发明的制备方法条件温和，对设备和操作、环境等要求不高，原料经济易得，易于实施且稳定性、重现性好。
附图说明
图1是本申请实施例1制备得到的纳米二氧化钛/碳纳米复合物的TEM图；
图2是二氧化钛纳米颗粒和本申请实施例1制备得到纳米二氧化钛/碳纳米复合物反复声动力的ROS测值对照；其中a为单线态氧(1O2)，b为超氧根离子(O2-)，c为过氧化氢(H2O2)，d为羟基自由基(·OH)；
图3是本申请实施例1制备得到的纳米二氧化钛/碳纳米复合物在多次超声辐照下的细胞存活率。
具体实施方式
下面结合实施例详述本申请，但本申请并不局限于这些实施例。
如无特别说明，本申请的实施例中的原料均通过商业途径购买。
实施例1
按照如下步骤合成纳米二氧化钛/碳纳米复合物
(1)Ti-对苯二甲酸金属有机框架材料的制备：
参考Titanium-Based Nanoscale Metal-Organic Framework for Type IPhotodynamic Therapy进行水热合成法合成；(2)取200毫克由水热合成法合成的Ti-对苯二甲酸金属有机框架材料，将其置于马弗炉中于300℃下煅烧(升温速率2℃/分钟)，煅烧2小时。在降温后取出置于去离子水中，离心冷冻干燥。
实施例2
按照如下步骤合成纳米二氧化钛/碳纳米复合物
(1)Ti-对苯二甲酸金属有机框架材料的制备：
参考Titanium-Based Nanoscale Metal-Organic Framework for Type IPhotodynamic Therapy进行水热合成法合成；
(2)取300毫克由水热合成法合成的Ti-对苯二甲酸金属有机框架材料，将其置于马弗炉中于400℃下煅烧(升温速率2℃/分钟)，煅烧3小时。在降温后取出置于去离子水中，离心冷冻干燥。
实施例3
按照如下步骤合成纳米二氧化钛/碳纳米复合物
(1)Ti-对苯二甲酸金属有机框架材料的制备：
参考Titanium-Based Nanoscale Metal-Organic Framework for Type IPhotodynamic Therapy进行水热合成法合成；
(2)取150毫克由水热合成法合成的Ti-对苯二甲酸金属有机框架材料，将其置于马弗炉中于200℃下煅烧(升温速率1℃/分钟)，煅烧5小时。在降温后取出置于去离子水中，离心冷冻干燥。
实施例4
按照如下步骤合成纳米二氧化钛/碳纳米复合物
(1)Ti-对苯二甲酸金属有机框架材料的制备：
参考Titanium-Based Nanoscale Metal-Organic Framework for Type IPhotodynamic Therapy进行水热合成法合成；
(2)取500毫克由水热合成法合成的Ti-对苯二甲酸金属有机框架材料，将其置于马弗炉中于500℃下煅烧(升温速率4℃/分钟)，煅烧1小时。在降温后取出置于去离子水中，离心冷冻干燥。
实施例5
按照如下步骤合成纳米二氧化钛/碳纳米复合物
(1)Ti-对苯二甲酸金属有机框架材料的制备：
参考Titanium-Based Nanoscale Metal-Organic Framework for Type IPhotodynamic Therapy进行水热合成法合成；
(2)取300毫克由水热合成法合成的Ti-对苯二甲酸金属有机框架材料，将其置于马弗炉中于350℃下煅烧(升温速率2℃/分钟)，煅烧4小时。在降温后取出置于去离子水中，离心冷冻干燥。
实施例6
按照如下步骤合成纳米二氧化钛/碳纳米复合物
(1)Ti-4-羟基对苯二甲酸金属有机框架的制备：
参考Titanium-Based Nanoscale Metal-Organic Framework for Type IPhotodynamic Therapy进行水热合成法合成；
(2)取200毫克由水热合成法合成的Ti-4-羟基对苯二甲酸金属有机框架材料，将其置于马弗炉中于300℃下煅烧(升温速率2℃/分钟)，煅烧2小时。在降温后取出置于去离子水中，离心冷冻干燥。
实施例7
按照如下步骤合成纳米二氧化钛/碳纳米复合物
(1)Ti-4-硝基对苯二甲酸金属有机框架的制备
参考Titanium-Based Nanoscale Metal-Organic Framework for Type IPhotodynamic Therapy进行水热合成法合成；
(2)取200毫克由水热合成法合成的Ti-4-硝基对苯二甲酸金属有机框架材料，将其置于马弗炉中于300℃下煅烧(升温速率2℃/分钟)，煅烧2小时。在降温后取出置于去离子水中，离心冷冻干燥。
实施例8
按照如下步骤合成纳米二氧化钛/碳纳米复合物
(1)Ti-均苯三甲酸金属有机框架材料的制备
参考Titanium-Based Nanoscale Metal-Organic Framework for Type IPhotodynamic Therapy进行水热合成法合成；
(2)取100毫克由水热合成法合成的Ti-均苯三甲酸金属有机框架材料，将其置于马弗炉中于250℃下煅烧(升温速率1℃/分钟)，煅烧3小时。在降温后取出置于去离子水中，离心冷冻干燥。
实验例1
结构表征
对实施例1中制备的各复合物进行结构表征
表征方法：透射电子显微扫描(TEM)
仪器：FEITecnai F20
图1给出了实施例1所得到产物的TEM图。
对本发明的其他实施例中制备的各复合物进行同样的结构表征，证明通过本发明的方法确实能够得到纳米二氧化钛/碳纳米复合物，其中二氧化钛分散于多孔碳中，复合物的粒径为82.67±7.58nmnm，复合物中的二氧化钛颗粒的粒径为5～10nm。
实验例2
纳米二氧化钛/碳纳米复合物反复声动力实验
配置实施例1所得到的纳米二氧化钛/碳纳米复合物水溶液，浓度为20微克每毫升。取一毫升溶液中加入活性氧(ROS)探针，在超声(US)作用下辐照1分钟(0.5W/cm2,占空比duty rate 50％)如此反复三次，测定每次ROS产生效果。二氧化钛纳米颗粒也如此测试。ROS产生效果如图2所示。
由图2可以看出，TiO2/C重复进行US辐照后生成了单线态氧(1O2)(a)、超氧根离子(O2-)(b)、过氧化氢(H2O2)(c)，羟基自由基(·OH)(d)。N＝3。且效果明显优于TiO2，说明该材料能够明显增加TiO2的催化反应，并具有较好的稳定性，能够用于反复生动力治疗
该结果说明所得到的纳米二氧化钛/碳纳米复合物具有较好的反复声动力效果，有望用于癌症的声动力治疗。
实验例3
将MCF-7乳腺癌细胞接种于96孔板中，每孔5000个细胞，37摄氏度，5％CO2孵育24h，分别加入0、1.25、2.5、5、10μg/ml钛元素计量的实施例1所制备得到的纳米纳米二氧化钛/碳纳米，每个处理重复5次，共孵育8小时进行超声辐照(0.5W/cm2,duty rate 50％)，并且进行3次辐照作用下的比较，再孵育16小时后加入CCK-8(Cells counting kit-8试剂盒由MCE生产)，后再孵育两小时，在450nm测读取吸光度，测定细胞存活率。不同浓度下及对照组的细胞抑制率如图3所示。
从图中可以看出，TiO2/C在超声作用下具有很好的声动力效果，疗效呈浓度依赖。且在乏氧环境下，仍对肿瘤细胞有杀伤作用。
所得到的纳米二氧化钛/碳纳米复合物能够在多次辐照下增强肿瘤治疗的效果，从而到达声动力增强治疗的效果。
以上所述，仅是本申请的几个实施例，并非对本申请做任何形式的限制，虽然本申请以较佳实施例揭示如上，然而并非用以限制本申请，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本申请技术方案的范围内，利用上述揭示的技术内容做出些许的变动或修饰均等同于等效实施案例，均属于技术方案范围内。

Claims (10)

1.一种二氧化钛/碳复合物材料，其特征在于，所述二氧化钛/碳复合物材料包括二氧化钛颗粒和多孔碳；
所述二氧化钛颗粒分散于所述多孔碳中。
2.根据权利要求1所述的二氧化钛/碳复合物材料，其特征在于，所述二氧化钛/碳复合物材料中，钛元素含量为5～20wt％。
3.根据权利要求1所述的二氧化钛/碳复合物材料，其特征在于，所述二氧化钛/碳复合物材料的粒径为50～400纳米；
优选地，所述二氧化钛颗粒的粒径为5～20纳米；
优选地，所述多孔碳的孔径为0.6～5纳米，孔隙率为20～70％。
4.权利要求1～3任一项所述的二氧化钛/碳复合物材料的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括以下步骤：
将含有钛元素的有机金属框架煅烧，得到所述二氧化钛/碳复合物材料。
5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述含有钛元素的有机金属框架中的有机配体选自如式I所示的有机物中的至少一种；
Figure FDA0003049269500000011
其中，R1选自氢、羧基、羟基、硝基中的任一种；
R2为羧基；
优选地，所述有机配体选自对苯二甲酸、2-硝基对苯二甲酸、2-羟基对苯二甲酸、均苯三甲酸；
优选地，所述含有钛元素的有机金属框架选自Ti-对苯二甲酸金属有机框架、Ti-4-羟基对苯二甲酸金属有机框架、Ti-4-硝基对苯二甲酸金属有机框、Ti-均苯三甲酸金属有机框架中的任一种。
6.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述煅烧的条件包括：煅烧时间为1～6h。
7.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述煅烧的条件包括：煅烧温度为200～500℃；
优选地，所述煅烧的条件包括：升温的速率为1～5℃/min。
8.根据权利要求1～3所述的二氧化钛/碳复合物材料、根据权利要求4～7任一项所述的制备方法制备得到的二氧化钛/碳复合物材料中的至少一种作为声动力治疗增敏剂的应用。
9.根据权利要求8所述的应用，其特征在于，所述声动力治疗为反复声动力治疗。
10.根据权利要求8所述的应用，其特征在于，所述反复声动力治疗针对的疾病为肿瘤；
优选地，所述肿瘤包括乳腺癌、胰腺癌、肺癌、肾癌、肝癌中的至少一种。
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