CN113304262B - 光热治疗膜及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及光热治疗膜及其制备方法。本发明的光热治疗膜包括可生物降解衬底和负载于所述可生物降解衬底上的金属纳米颗粒。本发明中通过对可生物降解衬底进行处理而在其表面上生成自由基，利用自由基将金属前驱体还原为金属单质，由此形成在衬底上负载有金属纳米颗粒的光热治疗膜。

Description

光热治疗膜及其制备方法
技术领域
本发明属于癌症治疗的医疗器件领域，具体涉及一种柔性癌症光热治疗材料。
背景技术
众所周知，癌症是威胁人类生命健康的三大疾病之一。近年来，光热治疗癌症以其相比于传统的化疗、放疗的较小的毒性和副作用，备受青睐。光热治疗癌症，顾名思义，利用具有较高光热转换效率的材料，将其注射入人体内部，利用靶向性识别技术聚集在肿瘤组织附近，并在外部光源(一般是近红外光)的照射下将光能转化为热能来杀死癌细胞的一种治疗方法。
采用的光热材料一般为对红外有较强吸收的贵金属纳米颗粒或者碳材料。一是，它们具有良好的光热转换效率，二是，应用到生物体中的无毒或只有较低的生物毒性。三是，材料应该是易功能化的，可以在其表面修饰其他分子，如药物分子，光敏剂等。
例如，澳门大学健康与科学学院袁振团队研究者通过优化共轭聚合物的带隙结构及改良的自组装方法，设计合成了一种新颖的超小型多功能近红外二区强吸收的聚合物点(DPP-BTzTD Pdot)，通过小鼠肿瘤模型，进一步活体验证了聚合物点高效的肿瘤消融能力以及快速代谢能力(Men,X.J.；Wang, F.；Chen,H.B.et al.Ultrasmall SemiconductingPolymer Dots with Rapid Clearance for Second Near-Infrared PhotoacousticImaging and Photothermal Cancer Therapy.Adv.Func.Mater.,2020,30(24):1909673)。聚合物点在光功率密度仅0.5W cm-2的1064nm辐射下具有显著的光热治疗性能。
通常，光热治疗癌症有两种一般有两种，细胞内和细胞外。细胞内，就是把光热材料通过细胞易通透介质(例如：聚乙二醇)将光热材料(一般100 纳米以下才能渗透进入细胞)透过细胞膜，进入癌细胞内部，然后通过局部红外照射，在癌细胞内部产生热，致使癌细胞内部的化学反应异常而死亡。细胞外，不需要光热材料进入癌细胞内部，紧紧贴合于癌细胞组织，然后通过局部红外照射，在癌细胞周围产生热，传递到癌细胞内部，致使癌细胞内部的化学反应异常而死亡。
发明内容
发明要解决的问题
在利用金属纳米颗粒进行细胞外光热治疗癌症中，存在金属纳米颗粒扩散、利用率低、一次性使用而不能循环使用的弊端。
用于解决问题的方案
为解决上述问题进行本发明。本发明中，采用超薄柔性可生物降解衬底负载金属纳米粒子进行细胞外治疗。
1.一种光热治疗膜，其包括可生物降解衬底和负载于所述可生物降解衬底上的金属纳米颗粒，其中所述金属纳米颗粒通过使表面上具有自由基的所述可生物降解衬底浸渍于金属前驱体溶液中而生成。
2.根据上述1所述的光热治疗膜，其中所述金属纳米颗粒为Au、Ag、 Cu中的一种或多种的纳米颗粒。
3.根据上述1或2所述的光热治疗膜，其中所述光热治疗膜的光热转化效率为10％以上。
4.根据上述1-3任一项所述的光热治疗膜，其中所述金属纳米颗粒的粒径为50～120nm。
5.一种光热治疗膜的制备方法，其包括以下步骤：
提供可生物降解衬底的步骤；
在所述可生物降解衬底的表面上生成自由基的步骤；和
将表面上具有自由基的可生物降解衬底浸渍于金属前驱体溶液中，从而借助自由基将金属前驱体还原为金属单质的步骤。
6.根据上述5所述的制备方法，其中通过对所述可生物降解衬底进行等离子体处理或激光处理而在其表面上生成自由基。
7.根据上述5或6所述的制备方法，其中所述金属前驱体为金属的盐、金属氯酸、金属氯酸的盐、或金属的乙酰乙酸盐。
8.根据上述5-7任一项所述的制备方法，其中所述金属前驱体溶液中的溶剂为水、二甲基亚砜、二甲基甲酰胺、二甲基乙酰胺、己内酯、或丁内酯。
9.根据上述5-8任一项所述的制备方法，其中所述金属前驱体溶液的浓度为1mg/ml～10mg/ml。
10.一种光热治疗器械，其包括根据上述1-4任一项所述的光热治疗膜。
发明的效果
本发明的光热治疗膜的制备方法简单，易操作；
本发明的光热治疗膜光热转化效率高，达到了光热治疗癌症的要求；
本发明的光热治疗膜可用于细胞外治疗，通过利用医疗手段，在使用时可随时贴合、随时取下来，因此可循环使用，提高了资源利用率。
附图说明
图1A为实施例1中制备的在Ecoflex膜上沉积有金纳米颗粒的扫描电镜图(SEM图)，图1B为实施例2中制备的在Ecoflex膜上沉积有银纳米颗粒的 SEM图，以及图1C为空白的Ecoflex膜的SEM图。
图2为实施例1中制备的在Ecoflex膜上沉积有金纳米颗粒(左图)、实施例2中制备的在Ecoflex膜上沉积有银纳米颗粒(右图)的荧光光谱图。
图3为实施例1中制备的在Ecoflex膜上沉积有金纳米颗粒的红外吸收光谱。
图4为实施例1中制备的在Ecoflex膜上沉积有金纳米颗粒、实施例2中制备的在Ecoflex膜上沉积有银纳米颗粒以及空白的Ecoflex膜的温度-时间曲线 (红外激光强度3.4W)。
具体实施方式
以下对本发明的实施方式进行说明，但本发明不限定于此。本发明不限于以下说明的各构成，在发明请求保护的范围内可以进行各种变更，而适当组合不同实施方式、实施例中各自公开的技术手段而得到的实施方式、实施例也包含在本发明的技术范围中。另外，本说明书中记载的文献全部作为参考文献在本说明书中进行援引。
除非另有定义，本发明所用的技术和科学术语具有与本发明所属技术领域中的普通技术人员所通常理解的相同含义。
本说明书中，使用“数值A～数值B”或“数值A-数值B”表示的数值范围是指包含端点数值A、B的范围。
本说明书中，使用“可以”表示的含义包括了进行某种处理以及不进行某种处理两方面的含义。
术语“任选”或“任选地”是指随后描述的事件或情况可能发生或可能不发生，该描述包括发生所述事件或情况和不发生所述事件或情况。
在整个本说明书中提到的“一实施方案”或“实施方案”或“在另一实施方案中”或“在某些实施方案中”或“在本申请的部分实施方式中”意指在至少一实施方案中包括与该实施方案所述的相关的具体参考要素、结构或特征。因此，在整个说明书中不同位置出现的短语“在一实施方案中”或“在实施方案中”或“在另一实施方案中”或“在某些实施方案中”或“在本申请的部分实施方式中”不必全部指同一实施方案。此外，具体要素、结构或特征可以任何适当的方式在一个或多个实施方案中结合。
本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“包括”以及它们任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。例如包含一系列步骤或单元的过程、方法或系统、产品或设备没有限定于已列出的步骤或单元，而是可选地还包括没有列出的步骤或单元，或可选地还包括对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
<第一方面>
本发的第一方面提供一种光热治疗膜，其包括超薄柔性的可生物降解衬底和负载于所述衬底上的金属纳米颗粒。
在本发明的实施方案中，光热治疗膜的光热转化效率可达10％以上，优选12％以上，更优选14％以上。因此，本发明的光热治疗膜可用于光热治疗癌症。
在本发明中，衬底需要为柔性的、可生物降解的且对人体或其他生物体无害的衬底。在本发明的一些实施方案中，衬底可包括聚乙烯醇(PVA)、Ecoflex、丙烯酰胺水凝胶、海藻酸钠水凝胶等。其中，优选Ecoflex。
关于衬底的厚度，优选尽可能地薄。在本发明的一些实施方案中，其厚度可为100μm～1000μm、优选100μm～200μm。
本发明中，对于衬底的形状没有特别限定，可根据实际需要进行选择。在本发明的一些实施方案中，衬底例如可为正方形、长方形或圆形等。
关于衬底的大小，也没有特别限定，可实际需要进行选择。在本发明的一些实施方案中，衬底表面的面积可为0.25cm2～4cm2、优选0.25cm2～1cm2。
在本发明的实施方案中，在衬底上负载有具有较高光热转换效率的金属纳米颗粒。
在本发明的实施方案中，金属纳米颗粒可为Au、Ag、Cu中的一种或多种的纳米颗粒。其中，从抗癌效果和光热转换效率的角度，Au和Ag是优选的。
本发明中，金属纳米颗粒的直径没有特别限定，可通过金属前驱体溶液的浓度来调节。当金属前驱体溶液的浓度较浓时，获得的金属纳米颗粒的粒径可能较大，相反，当金属前驱体溶液的浓度较稀时，金属纳米颗粒的粒径可能较小。在本发明的一些实施方案中，金属纳米颗粒的平均粒径可为 30～120nm，优选50～100nm。
<第二方面>
本发明的第二方面中，提供一种光热治疗膜的制备方法，其包括以下步骤：提供可生物降解衬底的步骤；在所述可生物降解衬底的表面上生成自由基的步骤；和将表面上具有自由基的可生物降解衬底浸渍于金属前驱体溶液中，从而借助自由基将金属前驱体还原为金属单质的步骤。
提供可生物降解衬底的步骤
本方面的衬底与上述<第一方面>中的相同。
本发明的衬底主要起到支撑光热转换材料的作用。由于需要作用人体或其他生物体，因此需要为可生物降解的并且将其制作为薄的。
对于用作本发明衬底的柔性可生物降解膜的制备方法没有特别限定，可使用通常的膜制备方法。从操作简便的角度，可使用涂布法，例如旋涂法、刮涂法、辊涂法等。其中，优选使用旋涂法。
另外，使用涂布法形成衬底膜时，需要在基板上进行。本发明中，对于基板没有特别限定，可使用本发明常用的基板。其实例可包括玻璃基板、塑料基板等。
在基板上涂布可生物降解膜之前，可以根据需要对其进行清洗，例如使用丙酮、乙醇、水中的一种或多种进行清洗。
另外，为了方便脱模，可以在基板上喷上脱模剂。本发明中，脱模剂没有特别限定，可使用市售的脱模剂，例如鹰牌Falcon S-280S-300油性中性干性脱模剂。
生成自由基的步骤
在本发明中，在基板上形成可生物降解膜之后，下一步是在膜上引入自由基。
具体而言，将衬底浸渍于金属纳米颗粒的前驱体溶液中，从而利用自由基将金属前驱体还原为金属单质。
关于引入自由基的方法，在本发明的一些实施方案中，可采用对衬底进行等离子体处理或激光处理的方法。
本发明中，金属纳米颗粒的前驱体可为金属的盐、金属的氯酸、金属的氯酸盐、或金属的乙酰乙酸盐等，可根据选用的金属来选择容易获得的金属前驱体。例如，所述的前驱体可为氯金酸、AgNO3、和Cu(acac)2等。
溶解金属前驱体的溶剂可为水、二甲基亚砜、二甲基甲酰胺、二甲基乙酰胺、己内酯、或丁内酯等。
本发明中，金属前驱体溶液的浓度可为1mg/ml～10mg/ml，优选 1mg/ml～5mg/ml，更优选2mg/ml～5mg/ml。
关于衬底的浸渍的时间，在本发明的具体实施方案中，可为2～6天，优选3～5天。
<第三方面>
本发明的第三方面中提供一种光热治疗器械，其包括本发明所述的光热治疗膜。
实施例
为了进一步说明本发明，下面结合实施例对本发明的光热治疗膜的制备方法及其性能进行详细地描述，但不能将它们理解为对本发明保护范围的限定。
实施例1
(1)可生物降解衬底膜的制备
膜的原料：采用市售的Ecoflex(购自德国巴斯夫)作为原料，其为双组分：预聚物A与固化剂B。
基板：1厘米×1厘米的超平玻璃片
基板的清洗和准备：将1厘米×1厘米的超平玻璃片在丙酮、乙醇、水各超声洗涤3次后，喷上脱模剂(鹰牌Falcon S-280S-300油性中性干性脱模剂)。
将预聚物A与固化剂B按照1:1比例(为重量比)混合并搅拌10分钟。然后将其滴在具有脱模剂的1厘米×1厘米的玻璃片上，在500rpm下旋涂1分钟，旋涂2层。然后，在50℃下进行烘干30min，以使预聚物A固化，从而形成Ecoflex衬底膜。
(2)自由基的生成
将形成的Ecoflex衬底膜在等离子体下、在流速为5sccm的氧气的条件下作用2分钟，从而在其表面生成自由基。
(3)金属纳米颗粒的负载
将金纳米颗粒前驱体氯金酸按照2mg/mL的浓度配置成氯金酸水溶液。
将表面生成自由基的Ecoflex衬底膜浸没在氯金酸的水溶液中，在常温常压下静置5天(120小时)，然后进行脱模，从而得到在柔性的可生物降解衬底上负载有金纳米颗粒的光热治疗膜。
实施例2
除了将金纳米颗粒前驱体替换为银纳米颗粒前驱体硝酸银之外，以与实施例1相同的方法形成在Ecoflex衬底膜上负载有银纳米颗的光热治疗膜。
以下，描述本发明的光热治疗膜的性能测试方法。
扫描电镜
使用型号为JSM-7401的场发射扫描电镜。以场发射电子枪作为电子源，并使用了具有低像差的高受激磁场物镜。该电镜分辨率为15kV，1.0nm/1kV， 1.5nm；放大倍率为10000；加速电压为10kV；束流强度：5A。
荧光光谱
使用的测试仪器为HORIB-FLUOROMAX-4荧光光谱仪。
测量波长范围(EX和EM)：200nm～750nm；分辨率：1.0nm；波长准确性： 1nm；狭缝方式：水平狭缝；光源：150W氙灯；单色器：机刻凹面衍射光栅。
红外吸收谱图
测试仪器型号：Ncxus670。
测试条件：光谱扫描范围4000cm-1～650cm-1；分辨率4cm-1。
温度-时间曲线
在光强为13kW、波长1000nm的激光照射下，用非接触红外测温仪CellaTemp PA40AF 21测试在不同时间点测试温度，用秒表记录时间。
性能测试结果
(1)拉曼光谱
图1A示出了实施例1中制备的在Ecoflex膜上沉积有金纳米颗粒的扫描电镜图(SEM图)，图1B示出了实施例2中制备的在Ecoflex膜上沉积有银纳米颗粒的SEM图，以及图1C示出了空白的Ecoflex膜的SEM图。
通过图1C的空白Ecoflex的透射电镜图，证实了图1A和图1B的表面的颗粒确实是沉积的金属纳米颗粒，而不是Ecoflex本身的杂质。从图1A和图1B 可以看出，Ecoflex上沉积的金纳米颗粒、银纳米颗粒的直径大约100纳米。
(2)荧光光谱
图2示出了实施例1中制备的在Ecoflex膜上沉积的金纳米颗粒(左图)、实施例2中制备的在Ecoflex膜上沉积的银纳米颗粒(右图)的荧光光谱(激发波长325纳米)。
由图中看出，金纳米颗粒、银纳米颗粒的发射波长分别为550nm和650nm，分别与文献中报道的金纳米颗粒、银纳米颗粒的发射波长一致，表明这种方法得到的金纳米颗粒、银纳米颗粒与传统方法得到的一样。
由此证明，本发明的制备方法是在柔性衬底上制备金属纳米颗粒的非常有效的方法。
(3)红外吸收谱图
图3示出了实施例1中制备的在Ecoflex膜上沉积的金纳米颗粒的红外吸收光谱。
光热治疗癌症材料的前提条件是：在红外区(波长1100纳米)有强吸收。从红外吸收光谱图可以看出，该材料在红外区具有较强的吸收，满足上述条件。
(4)温度-时间曲线
图4示出了实施例1中制备的在Ecoflex膜上沉积的金纳米颗粒、实施例2 中制备的在Ecoflex膜上沉积的银纳米颗粒以及空白的Ecoflex膜的温度-时间曲线(红外激光强度3.4W)。
从图中可以看出：在Ecoflex膜上负载金纳米颗粒和银纳米颗粒的光热治疗膜随着红外激光照射时间延长，温度变化非常明显；而没有负载金属纳米颗粒的空白Ecoflex膜随着红外激光照射时间延长，温度变化不大。
由此证明，负载金属纳米颗粒的Ecoflex随着红外激光照射时间延长，温度变化不是因为Ecoflex本身引起的。经过计算，Ecoflex负载金纳米颗粒和银纳米颗粒的光热转化效率分别高达14.4％和16.2％，达到了光热治疗癌症的要求。
产业上的可利用性
本发明的光热治疗膜的制备方法简便，光热转化效率高，使用时可随时贴合、随时取下来，并且可循环使用，因此可有利地用于细胞外治疗癌症。

Claims (9)

1.一种光热治疗膜，其包括可生物降解衬底和负载于所述可生物降解衬底上的金属纳米颗粒，其中所述金属纳米颗粒通过使表面上具有自由基的所述可生物降解衬底浸渍于金属前驱体溶液中而生成，
其中所述可生物降解衬底的厚度为100μm~1000μm，
其中所述金属纳米颗粒为Au、Ag、Cu中的一种或多种的纳米颗粒，
所述可生物降解衬底为Ecoflex膜。
2.根据权利要求1所述的光热治疗膜，其中所述光热治疗膜的光热转化效率为10%以上。
3.根据权利要求1或2所述的光热治疗膜，其中所述金属纳米颗粒的粒径为50~120nm。
4.一种权利要求1所述的光热治疗膜的制备方法，其包括以下步骤：
提供可生物降解衬底的步骤；
在所述可生物降解衬底的表面上生成自由基的步骤；和
将表面上具有自由基的可生物降解衬底浸渍于金属前驱体溶液中，从而借助自由基将金属前驱体还原为金属单质的步骤，
其中所述可生物降解衬底的厚度为100μm~1000μm。
5.根据权利要求4所述的制备方法，其中通过对所述可生物降解衬底进行等离子体处理或激光处理而在其表面上生成自由基。
6.根据权利要求4或5所述的制备方法，其中所述金属前驱体为金属的盐、金属氯酸、金属氯酸的盐、或金属的乙酰乙酸盐。
7.根据权利要求4或5所述的制备方法，其中所述金属前驱体溶液中的溶剂为水、二甲基亚砜、二甲基甲酰胺、二甲基乙酰胺、己内酯、或丁内酯。
8.根据权利要求4或5所述的制备方法，其中所述金属前驱体溶液的浓度为1mg/ml~10mg/ml。
9.一种光热治疗器械，其包括根据权利要求1-3任一项所述的光热治疗膜。
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