CN113318229A - 一种基于黑砷磷纳米片的抗肿瘤制剂及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种基于黑砷磷纳米片的抗肿瘤制剂，包括黑砷磷纳米片，所述黑砷磷纳米片的厚度不超过10nm。本发明基于黑砷磷纳米片的抗肿瘤制剂利用黑砷磷纳米片作为活性成分，通过黑砷磷纳米片的光热作用和光动力作用起到抗肿瘤的效果，黑砷磷纳米片本身可生物降解，生物相容性好，兼具光热和光动力抗肿瘤作用，在抗肿瘤应用方面前景巨大。本发明还提供了一种基于黑砷磷纳米片的抗肿瘤制剂的制备方法。
Description
技术领域
本发明涉及生物纳米医药技术领域，具体涉及一种基于黑砷磷纳米片的抗肿瘤制剂，本发明还涉及一种基于黑砷磷纳米片的抗肿瘤制剂的制备方法。
背景技术
黑砷磷(b-AsP)作为一种新型的二维材料，具有许多出色的性能，例如宽的可调带隙，强电导率和高载流子迁移率，因此黑砷磷在光子学和光电子学领域引起了极大的关注。黑砷磷化合物由黑磷(BP)与砷(As)合金化可产生类似于磷的皱褶蜂窝结构，同时也表现出优异的物理性能。可以将黑砷磷结构视为和黑磷一样的晶格结构，只是其中一些P原子被As原子取代。有研究表明，黑砷磷单层的导热系数可能比磷烯更高。因此，与黑磷P相比，黑砷磷合金的熔点也更高。此外，三氧化二砷在白血病的治疗领域应用广泛，因此黑砷磷在癌症治疗领域有广阔的前景。
肿瘤的光热治疗是近些年发展起来的一种副作用小、效率高的癌症疗法。光热治疗是利用具有较高光热转换效率的材料，将其注射入人体，通过体外激光照射聚集在肿瘤组织的材料，将光能转化为热能来杀死癌细胞的一种治疗方法。相比于常用的808nm激光光源，由于波长为1064nm的近红外二区激光对组织的损伤较小，水和蛋白质对其吸收能力较弱，组织散射明显较弱，可以更为深入的穿透人体组织，所以这个波长的激光作为光源可以实现更深的光热治疗。目前，用于近红外二区的光热剂还较少。二维材料黑砷磷的带隙较小，对近红外二区吸收较强，光热转换效率高，是一种在肿瘤光热治疗中具有潜在应用的二维材料。
除此之外，还有一种新兴的肿瘤治疗手段—光动力疗法，该治疗方法包括三要素：激光、光敏剂和氧气，即采用一定波长的激光，照射肿瘤组织中的光敏剂，激活附近的氧气转变为高毒性的单线态氧，杀伤肿瘤细胞，起到治疗效果。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种基于黑砷磷纳米片的抗肿瘤制剂，本发明还提供了一种基于黑砷磷纳米片的抗肿瘤制剂的制备方法，以解决现有抗肿瘤制剂存在的光谱吸收范围窄、光热转换效率低和生物降解性差等缺陷。
第一方面，本发明提供了一种基于黑砷磷纳米片的抗肿瘤制剂，包括黑砷磷纳米片，所述黑砷磷纳米片的厚度不超过10nm。
本发明基于黑砷磷纳米片的抗肿瘤制剂利用黑砷磷纳米片作为活性成分，通过黑砷磷纳米片的光热作用和光动力作用起到抗肿瘤的效果，具体表现为：黑砷磷纳米片具有高效的光热转换效率，能够将激光照射的能量转换为热以达到光热消融的效果。另外，黑砷磷纳米片还具有良好的光动力效果，能够产生大量的活性自由基，例如羟自由基，这些活性自由基能够有效破坏肿瘤组织的胞膜以及核酸结构，最终引起肿瘤组织坏死。另外，黑砷磷纳米片对近红外二区激光光热转换、光动力效果明显，近红外二区激光具有对组织的损伤较小的特点，水和蛋白质对其吸收能力较弱，组织散射明显较弱，可以更为深入的穿透人体组织，所以这个波长的激光作为光源可以实现更深的光热治疗。黑砷磷纳米片本身可生物降解，生物相容性好，兼具光热和光动力抗肿瘤作用，在抗肿瘤应用方面前景巨大。黑砷磷是一种生物可降解、光稳定性好的无机光敏剂，且黑砷磷纳米片具有高活性氧物种产生效率，在生物医用领域，尤其是癌症光动力治疗方面具有极大的应用潜力。
优选的，所述黑砷磷纳米片的厚度为4～6nm。
优选的，所述黑砷磷纳米片的横向尺寸为50～300nm。
第二方面，本发明还提供了一种基于黑砷磷纳米片的抗肿瘤制剂的制备方法，包括以下步骤：
提供黑砷磷晶体的分散液并转移至水浴超声下超声12～24h，得到超声后的分散液，超声后的分散液经过初级离心以收集上清部分，再将上清部分经过次级离心以收集沉淀，即为黑砷磷纳米片；
将黑砷磷纳米片添加到药学上可接受的抗肿瘤剂型中，得到基于黑砷磷纳米片的抗肿瘤制剂。
本发明基于黑砷磷纳米片的抗肿瘤制剂的制备方法采用一步水浴超声的方法得到含有二维黑砷磷纳米片的分散液，再通过离心法得到上清液，将上清液进一步浓缩后，得到符合要求的二维黑砷磷纳米片。将制得的二维黑砷磷纳米片重新分散在药学上可接受的抗肿瘤助剂中，即可得到相应的抗肿瘤制剂。本发明基于黑砷磷纳米片的抗肿瘤制剂的制备方法具有步骤简单、成本低、产量高等优点，可用于大规模工业化生产。
优选的，所述黑砷磷晶体的分散液为黑砷磷晶体的异丙醇分散液。
优选的，所述黑砷磷晶体的异丙醇分散液的制备过程如下：提供块状黑砷磷晶体并添加到异丙醇中，将块状黑砷磷晶体及异丙醇转移至研钵中研磨30～120min，得到黑砷磷晶体的异丙醇分散液。
优选的，所述水浴超声的温度为10～18℃。
优选的，所述初级离心的转速为3000～5000rpm，所述初级离心的时间为20～30min，所述次级离心的转速为15000～18000rpm，所述次级离心的时间为5～10min。
本发明的优点将会在下面的说明书中部分阐明，一部分根据说明书是显而易见的，或者可以通过本发明实施例的实施而获知。
附图说明
为更清楚地阐述本发明的内容，下面结合附图与具体实施例来对其进行详细说明。
图1为二维黑砷磷纳米片的TEM表征图；
图2为二维黑砷磷纳米片的AFM表征图；
图3为二维黑砷磷纳米片的光吸收图谱；
图4为二维黑砷磷纳米片的光热测试图；
图5为二维黑砷磷纳米片(50ppm)的光吸收图谱和根据吸收光谱计算出的黑砷磷纳米片带隙；
图6为二维黑砷磷纳米片的光动力测试图；
图7为二维黑砷磷纳米片的生物毒性测试图；
图8为二维黑砷磷纳米片的光热抗肿瘤测试图；
图9为二维黑砷磷纳米片的光动力抗肿瘤测试图。
具体实施方式
以下所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。
第一方面，本发明提供了一种基于黑砷磷纳米片的抗肿瘤制剂，包括黑砷磷纳米片，所述黑砷磷纳米片的厚度不超过10nm。具体的，黑砷磷纳米片的厚度可以是1nm、2nm、4nm、5nm、6nm、8nm或者10nm。
优选的，所述黑砷磷纳米片的厚度为4～6nm。
优选的，所述黑砷磷纳米片的横向尺寸为50～300nm。具体的，黑砷磷纳米片的横向尺寸可以是50nm、100nm、120nm、150nm、180nm、200nm或者300nm。
第二方面，本发明还提供了一种基于黑砷磷纳米片的抗肿瘤制剂的制备方法，包括以下步骤：
提供黑砷磷晶体的分散液并转移至水浴超声下超声12～24h，得到超声后的分散液，超声后的分散液经过初级离心以收集上清部分，再将上清部分经过次级离心以收集沉淀，即为黑砷磷纳米片；
将黑砷磷纳米片添加到药学上可接受的抗肿瘤制剂中，得到基于黑砷磷纳米片的抗肿瘤制剂。
本发明基于黑砷磷纳米片的抗肿瘤制剂的制备方法采用一步水浴超声的方法得到含有二维黑砷磷纳米片的分散液，再通过离心法得到上清液，将上清液进一步浓缩后，得到符合要求的二维黑砷磷纳米片。将制得的二维黑砷磷纳米片添加到药学上可接受的抗肿瘤助剂中，即可得到相应的抗肿瘤制剂。本发明基于黑砷磷纳米片的抗肿瘤制剂的制备方法具有步骤简单、成本低、产量高等优点，可用于大规模工业化生产。
优选的，所述黑砷磷晶体的分散液为黑砷磷晶体的异丙醇分散液。
优选的，所述黑砷磷晶体的异丙醇分散液的制备过程如下：提供块状黑砷磷晶体并添加到异丙醇中，将块状黑砷磷晶体及异丙醇转移至研钵中研磨30～120min，得到黑砷磷晶体的异丙醇分散液。
优选的，所述水浴超声的温度为10～18℃。具体的，水浴超声的温度可以是10℃、12℃、15℃、18℃或者20℃。
优选的，所述初级离心的转速为3000～5000rpm，所述初级离心的时间为20～30min，所述次级离心的转速为15000～18000rpm，所述次级离心的时间为5～10min。
实施例1
先取出块状黑砷磷晶体，加入异丙醇，在研钵中研磨30分钟，将研磨好的黑砷磷分散液倒入试剂瓶中，在15℃恒温下超声12小时。随后离心收集沉淀，烘干，得到黑砷磷纳米片。制备黑砷磷纳米片的步骤中，离心收集沉淀的具体操作为：先以3000转/分钟的转速离心30分钟，取上清液，然后将上清液以15000转/分钟的转速离心8分钟，收集沉淀，得到黑砷磷纳米片。将黑砷磷纳米片添加到药学上可接受的抗肿瘤助剂中，得到基于黑砷磷纳米片的抗肿瘤制剂。
实施例2
先取出块状黑砷磷晶体，加入异丙醇，在研钵中研磨60分钟，将研磨好的黑砷磷分散液倒入250mL的试剂瓶中，在15℃恒温下超声16小时。随后离心收集沉淀，烘干，得到黑砷磷纳米片。制备黑砷磷纳米片的步骤中，离心收集沉淀的具体操作为：先以3000转/分钟的转速离心30分钟，取上清液，然后将上清液以16000转/分钟的转速离心8分钟，收集沉淀，得到黑砷磷纳米片。将黑砷磷纳米片添加到药学上可接受的抗肿瘤助剂中，得到基于黑砷磷纳米片的抗肿瘤制剂。
实施例3
先取出块状黑砷磷晶体，加入异丙醇，在研钵中研磨90分钟，将研磨好的黑砷磷分散液倒入250mL的试剂瓶中，在15℃恒温下超声20小时。随后离心收集沉淀，烘干，得到黑砷磷纳米片。制备黑砷磷纳米片的步骤中，离心收集沉淀的具体操作为：先以3500转/分钟的转速离心30分钟取上清液，然后将上清液以16000转/分钟的转速离心10分钟，收集沉淀，得到黑砷磷纳米片。将黑砷磷纳米片添加到药学上可接受的抗肿瘤助剂中，得到基于黑砷磷纳米片的抗肿瘤制剂。
实施例4
先取出块状黑砷磷晶体，加入异丙醇，在研钵中研磨120分钟，将研磨好的黑砷磷分散液倒入250mL的试剂瓶中，在18℃恒温下超声24小时。随后离心收集沉淀，烘干，得到黑砷磷纳米片。制备黑砷磷纳米片的步骤中，离心收集沉淀的具体操作为：先以4000转/分钟的转速离心20分钟取上清液，然后将上清液以16000转/分钟的转速离心5分钟，收集沉淀，得到黑砷磷纳米片。将黑砷磷纳米片添加到药学上可接受的抗肿瘤助剂中，得到基于黑砷磷纳米片的抗肿瘤制剂。
效果实施例：
将实施例1制备的二维黑砷磷纳米片分散于异丙醇溶液中并采用TEM进行表征，结果如图1所示，二维黑砷磷纳米片的尺寸约为100～200nm，这一尺寸有利于材料通过光热效应和EPR效应被动靶向到肿瘤部位。继续对二维黑砷磷纳米片进行AFM表征，结果如图2所示，二维黑砷磷纳米片的尺寸为100～200nm，厚度约为6nm，这一结果与图1中的表征数据相对应。超薄的厚度决定了材料较大的比表面积，有利于药物负载以及表面修饰。
将实施例1制备的二维黑砷磷纳米片分散于异丙醇溶液中，对二维黑砷磷纳米片的分散液(50ppm)进行光谱吸收测试。如图3a所示，二维黑砷磷纳米片在1064nm处有明显的吸收，有利于其作为近红外二区光热剂的应用。根据吸收光谱计算二维黑砷磷纳米片的带隙，如图3b所示，二维黑砷磷纳米片的带隙不到0.4eV，属于窄带隙，有利于二维黑砷磷纳米片对长波长的近红外二区激光的吸收。
将实施例1制备的二维黑砷磷纳米片分散于异丙醇中并配置成25ppm、50ppm、75ppm和100ppm的二维黑砷磷纳米片的异丙醇分散液，对二维黑砷磷纳米片的异丙醇分散液进行光热转换测试，激光波长为1064nm，激光功率为1W/cm2，照射时间为10分钟。如图4所示，10分钟内迅速的升温效果证实了黑砷磷的近红外二区光热潜力。
将前述25ppm、50ppm、75ppm和100ppm的二维黑砷磷纳米片的异丙醇分散液进行光谱吸收测试。如图5所示，二维黑砷磷纳米片在660nm处，表明二维黑砷磷纳米片材料在660nm处表现出强烈的吸收，宽带的光学吸收证明材料很适合作为光敏剂，适合光动力治疗。
对实施例1制备的二维黑砷磷纳米片进行光动力(ESR)测试，ESR测试结果如图6所示，二维黑砷磷纳米片在激光照射下可以产生强烈的羟基自由基。作为对照，无光条件下检测不到羟基自由基的信号。对实施例1制备的二维黑砷磷纳米片进行生物毒性测试，测试结果如图7所示，在无光条件下，与不同浓度二维黑砷磷纳米片共孵育24小时后，细胞活性并没有受到明显影响，证明材料具有较好的生物相容性。
对实施例1制备的二维黑砷磷纳米片进行光热抗肿瘤细胞实验，激光波长为808nm，激光功率密度为1W/cm2，照射时间为10分钟。结果如图8所示，当二维黑砷磷纳米片材料浓度达到50ug/ml的时候，即可明显杀伤Hela癌细胞，当二维黑砷磷纳米片材料浓度达到100ug/ml时即可杀死绝大部分Hela癌细胞。对实施例1制备的二维黑砷磷纳米片进行光动力抗肿瘤细胞实验，激光波长为660nm，激光功率密度为0.5W/cm2，照射时间为10分钟。结果如图9所示，当二维黑砷磷纳米片材料浓度达到50ug/ml的时候，即可明显杀伤Hela癌细胞，当二维黑砷磷纳米片材料浓度达到100ug/ml时即可杀死绝大部分Hela癌细胞。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。
Claims (8)
1.一种基于黑砷磷纳米片的抗肿瘤制剂，其特征在于，包括黑砷磷纳米片，所述黑砷磷纳米片的厚度不超过10nm。
2.如权利要求1所述的基于黑砷磷纳米片的抗肿瘤制剂，其特征在于，所述黑砷磷纳米片的厚度为4～6nm。
3.如权利要求1所述的基于黑砷磷纳米片的抗肿瘤制剂，其特征在于，所述黑砷磷纳米片的横向尺寸为50～300nm。
4.一种基于黑砷磷纳米片的抗肿瘤制剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
提供黑砷磷晶体的分散液并转移至水浴超声下超声12～24h，得到超声后的分散液，超声后的分散液经过初级离心以收集上清部分，再将上清部分经过次级离心以收集沉淀，即为黑砷磷纳米片；
将黑砷磷纳米片添加到药学上可接受的抗肿瘤助剂中，得到基于黑砷磷纳米片的抗肿瘤制剂。
5.如权利要求4所述的基于黑砷磷纳米片的抗肿瘤制剂的制备方法，其特征在于，所述黑砷磷晶体的分散液为黑砷磷晶体的异丙醇分散液。
6.如权利要求5所述的基于黑砷磷纳米片的抗肿瘤制剂的制备方法，其特征在于，所述黑砷磷晶体的异丙醇分散液的制备过程如下：提供块状黑砷磷晶体并添加到异丙醇中，将块状黑砷磷晶体及异丙醇转移至研钵中研磨30～120min，得到黑砷磷晶体的异丙醇分散液。
7.如权利要求4所述的基于黑砷磷纳米片的抗肿瘤制剂的制备方法，其特征在于，所述水浴超声的温度为10～18℃。
8.如权利要求4所述的基于黑砷磷纳米片的抗肿瘤制剂的制备方法，其特征在于，所述初级离心的转速为3000～5000rpm，所述初级离心的时间为20～30min，所述次级离心的转速为15000～18000rpm，所述次级离心的时间为5～10min。
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