CN113577276A - 一种离子掺杂聚多巴胺包覆过氧化钙复合纳米粒子及其制备方法与应用 - Google Patents

一种离子掺杂聚多巴胺包覆过氧化钙复合纳米粒子及其制备方法与应用 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种离子掺杂聚多巴胺包覆过氧化钙复合纳米粒子及其制备方法与应用，其制备方法包括：(1)纳米过氧化钙的制备；(2)在乙醇与水的混合分散液中加入盐酸多巴胺和金属盐，搅拌均匀；之后加入纳米过氧化钙的乙醇分散液，并缓慢滴加氨水，调节pH值，并继续反应；将得到的产物离心并用无水乙醇洗涤，真空干燥，即得离子掺杂聚多巴胺包覆过氧化钙复合纳米粒子。本发明利用肿瘤微环境缺氧、酸性和过量过氧化氢的特性，可作为一种潜在的光热疗法、Ca过载和增强化学动力疗法协同治疗肿瘤的纳米平台；CaO2可实现增强CDT的治疗效果；PDA用于包覆纳米材料以及提高药物的生物相容性，还可作为光热转换剂用于光热疗法治疗肿瘤。

Description

一种离子掺杂聚多巴胺包覆过氧化钙复合纳米粒子及其制备 方法与应用
技术领域
本发明属于复合生物功能材料技术领域，具体涉及一种离子掺杂聚多巴胺包覆过氧化钙复合纳米粒子及其制备方法与应用。
背景技术
化疗作为最主要的抗肿瘤治疗方法，由于患者反应持续时间和生存能力差通常导致在肿瘤治疗中表现出不满意的疗效。并且随着化疗药物的广泛应用，绝大多数患者在治疗后都会出现一定程度的化疗敏感性降低，抗药性增强，恶心、呕吐、脱发、静脉炎以及骨髓抑制等不良反应增加。
最近，出现的一些新的微创局部治疗方法，如光热疗法(photothermotherapy,PTT)，光动力疗法(photodynamic therapy,PDT)，化学动力疗法(chemodynamic therapy)及钙过载，具有远程可控性，使用简单，且全身毒性和副作用低等优点，在癌症治疗方面表现出色潜力。
光热疗法(PTT)是一种有效的非侵入性治疗方法，它通过EPR效应或者主动靶向在肿瘤中积累的纳米颗粒，在外部光源(一般是近红外光)的照射下将光能转化为物理热能，引起不可逆的细胞损伤和随后的癌细胞消融，所以特别适合治疗浅表肿瘤。与传统的癌症治疗方式(例如手术，放疗和化学疗法)相比，PTT具有很高的固有特异性和较低的侵入性负担。通过适当的设计，可以将光热剂递送至癌症部位，从而进一步提高选择性。
化学动力疗法(CDT)作为新兴的治疗模式，其不需要外部刺激响应，利用具有芬顿(Fenton)催化活性的金属离子，例如Fe2+、Cu2+、Mn2+和Co2+，将内源性H2O2转化为高毒性自由羟基(·OH)，其作为最活跃的活性氧(ROS)，进行杀伤肿瘤细胞。这种独特的ROS生成模式使CDT能够克服低氧相关耐药等主要障碍，广泛应用的ROS介导的治疗策略。然而肿瘤微环境(TME)的缺氧，H2O2的含量不足，严重限制了·OH的效率。
钙离子(Ca2+)作为细胞内信号传递的第二信使，在调节机体多种生理功能过程中起到至关重要的作用。文博团队早期研究已证实，通过引入肿瘤微环境响应型降解的超小CaO2纳米颗粒，可使胞内Ca2+浓度瞬时升高，引发肿瘤钙死亡。生命体自身细胞内钙库存有大量钙离子，如果可对其精确调控以改变胞质Ca2+浓度，则能够克服上述存在的问题，有望实现安全高效的“内源性钙死亡”抗肿瘤治疗。
因此，本发明设计并开发了一种多功能纳米粒子，通过多功能协同治疗可在较低的药物剂量下即可获得比传统单一化疗(chemotherapy,CT)更显著的抗肿瘤效果，并且还能降低毒副作用，延长药效时间。
发明内容
基于现有技术存在的上述不足，本发明的目的是针对化疗药物的全身毒性和毒副作用大的缺点，提供一种离子掺杂聚多巴胺包覆过氧化钙复合纳米粒子及其制备方法与应用。
为了达到上述发明目的，本发明采用以下技术方案：
一种离子掺杂聚多巴胺包覆过氧化钙复合纳米粒子的制备方法，包括以下步骤：
(1)在无水乙醇中加入稳定剂和无机钙盐，搅拌溶解获得反应母液并调节反应母液至碱性；然后在室温下，将双氧水加入到反应母液中室温继续反应4～6h，之后离心并用无水乙醇洗涤，真空干燥得到纳米过氧化钙；
(2)在乙醇与水的混合分散液中加入盐酸多巴胺和金属盐，搅拌均匀；之后加入纳米过氧化钙的乙醇分散液，并缓慢滴加氨水，调节pH值，并继续反应8～12h；将得到的产物离心并用无水乙醇洗涤，真空干燥，即得离子掺杂聚多巴胺包覆过氧化钙复合纳米粒子。
作为优选方案，所述无机钙盐为氯化钙、硝酸钙、硫酸钙、草酸钙中的一种或几种。
作为优选方案，所述稳定剂为聚乙烯吡咯烷酮、十二烷基苯磺酸钠、十六烷基三甲基溴化铵、聚乙二醇、聚乙烯醇中的一种或几种。
作为优选方案，所述稳定剂与无机钙盐的重量比为1：0.5～1。
作为优选方案，所述金属盐为铜离子、铁离子、亚铁离子、锰离子的氯盐、硝酸盐或硫酸盐中的一种或几种。
作为优选方案，所述盐酸多巴胺重量与纳米CaO2的质量比为0.8～1.5：1。
作为优选方案，所述金属盐与盐酸多巴胺的质量比为0.1～0.2：1。
作为优选方案，所述滴加氨水调节的pH值为8.5～10。
本发明还提供如上任一方案所述的制备方法制得的离子掺杂聚多巴胺包覆过氧化钙复合纳米粒子。
本发明还提供如上任一方案所述的离子掺杂聚多巴胺包覆过氧化钙复合纳米粒子的应用，其特征在于，应用于肿瘤治疗。
与现有技术相比，本发明具有如下优点：
本发明利用肿瘤微环境(TME)缺氧、酸性和过量过氧化氢(H2O2)的特性，可作为一种潜在的光热疗法(PTT)、Ca过载和增强化学动力疗法(CDT)协同治疗肿瘤的纳米平台。化学动力疗法是利用具有类芬顿(Fenton)催化活性的金属离子，如Fe2+、Cu2+和Mn2+，将内源性H2O2转化为高细胞毒性羟基自由基(·OH)，从而杀死肿瘤细胞。CaO2可以在酸性环境中与水反应生成H2O2和O2，实现增强CDT的治疗效果。Ca2+的丰富更可能产生肿瘤钙化，这将有利于体内肿瘤抑制，同时促进计算断层扫描(CT)成像诊断的治疗效果。PDA作为贻贝类聚合物，常用于包覆纳米材料以及提高药物的生物相容性，此外其作为一种光热转换剂用于光热疗法(PTT)治疗肿瘤。相较于传统的生物材料，具有更好的应用前景，为肿瘤治疗提供新材料。
附图说明
图1为本发明实施例1的CaO2@Cu-PDA NPs的扫描电子显微镜图；
图2为本发明实施例1的CaO2@Cu-PDA NPs与不掺杂离子的CaO2@PDA NPs的4T1细胞存活率的对比图；
图3为本发明实施例1的CaO2@Cu-PDA NPs与不掺杂离子的CaO2@PDA NPs在不同条件下4T1细胞的细胞杀伤能力的对比图；
图4为本发明实施例2的CaO2@Mn-PDA NPs的扫描电子显微镜图；
图5为本发明实施例3的CaO2@Mn-PDA NPs的扫描电子显微镜图；
图6为本发明实施例4的CaO2@Fe-PDA NPs的扫描电子显微镜图；
图7为本发明实施例5的CaO2@Cu-PDA NPs的扫描电子显微镜图。
具体实施方式
以下通过具体实施例对本发明的技术方案作进一步解释说明。
实施例1：
本实施例的离子掺杂聚多巴胺包覆过氧化钙复合纳米粒子的制备方法，包括以下步骤：
(1)在无水乙醇溶液中加入1.0g十六烷基三甲基溴化铵和1.0g氯化钙，经超声并机械搅拌处理30-50min使之充分混合，形成反应母料；然后，加入氨水调节pH值为10，然后在室温下，在600r/min的机械搅拌下，按照20mL/h的速度，将2.0mL质量浓度为30％的双氧水加入到反应母液中，反应4h，得到反应液。离心并用无水乙醇洗涤产物，真空干燥得到CaO2纳米粒子。
(2)取50mg CaO2，在乙醇与去离子水的混合溶液中加入75mg盐酸多巴胺和15mg硝酸铜，搅拌均匀，并将上述产物加入混合溶液中，并加入质量浓度为25-28％的氨水调节pH值为10，反应12h；将得到的产物离心并用无水乙醇洗涤3次，真空干燥；即得到铜离子掺杂聚多巴胺包覆过氧化钙多功能复合纳米粒子，简称CaO2@Cu-PDA NPs。
如图1所示，本实施例制得的CaO2@Cu-PDA NPs，颗粒呈球形，尺寸比较均匀，粒径分布在100-180nm。
如图2所示，本实施例制得的CaO2@Cu-PDA NPs与不掺杂铜离子的CaO2@PDA NPs的4T1细胞存活率的对比可知，随着CaO2@Cu-PDA NPs浓度的增加，4T1细胞的细胞活性明显降低。
如图3所示，本实施例制得的CaO2@Cu-PDA NPs与不掺杂离子的CaO2@PDA NPs在不同条件下：PBS、PBS+NIR(5min)、CaO2@PDA(200μg/mL)、CaO2@PDA(200μg/mL)+NIR(5min)、CaO2@Cu-PDA(200μg/mL)、CaO2@Cu-PDA(200μg/mL)+NIR(5min)，4T1细胞的细胞杀伤能力对比可知，多功能协同治疗可获得比传统单一治疗更显著的抗肿瘤效果。
实施例2：
本实施例的离子掺杂聚多巴胺包覆过氧化钙复合纳米粒子的制备方法，包括以下步骤：
在无水乙醇溶液中加入2.0g聚乙烯吡咯烷酮和1.0g氯化钙，经超声并机械搅拌处理30-50min使之充分混合，形成反应母料。加入氨水调节pH值为11，然后在室温下，在600r/min的机械搅拌下，按照20mL/h的速度，将2mL质量浓度为30％的双氧水加入到反应母液中，反应4h，得到反应液。离心并用无水乙醇洗涤产物，真空干燥得到CaO2纳米粒子。
取50mg CaO2，在乙醇与去离子水的混合溶液中加入40mg盐酸多巴胺和6mg二氯化锰，搅拌均匀，并将上述产物加入混合溶液中，并加入质量浓度为25-28％的氨水调节pH值为8.5，反应8h。将得到的产物离心并用无水乙醇洗涤3次，真空干燥；即得到一种锰离子掺杂聚多巴胺包覆过氧化钙多功能复合纳米粒子，如图4所示，颗粒呈球形，尺寸比较均匀，粒径分布在100-200nm，分散性良好。
实施例3：
本实施例的离子掺杂聚多巴胺包覆过氧化钙复合纳米粒子的制备方法，包括以下步骤：
在无水乙醇溶液中加入2.0g聚乙二醇200和1.0g氯化钙，经超声并机械搅拌处理30-50min使之充分混合，形成反应母料。加入氨水调节pH值为10.5，然后在室温下，在600r/min的机械搅拌下，按照20mL/h的速度，将2mL质量浓度为30％的双氧水加入到反应母液中，反应4h，得到反应液。离心并用无水乙醇洗涤产物，真空干燥得到CaO2纳米粒子。
取50mg CaO2，在乙醇与去离子水的混合溶液中加入60mg盐酸多巴胺和6mg二氯化锰，搅拌均匀，并将上述产物加入混合溶液中，并加入质量浓度为25-28％的氨水调节pH值为8.5，反应10h。将得到的产物离心并用无水乙醇洗涤3次，真空干燥。即得到一种锰离子掺杂聚多巴胺包覆过氧化钙多功能复合纳米粒子，如图5所示，颗粒呈球形，尺寸比较均匀，粒径分布在100-200nm，分散性良好。
实施例4：
本实施例的离子掺杂聚多巴胺包覆过氧化钙复合纳米粒子的制备方法，包括以下步骤：
在无水乙醇溶液中加入2.0g聚乙烯醇和1.0g氯化钙，经超声并机械搅拌处理30-50min使之充分混合，形成反应母料。加入氨水调节pH值为10，然后在室温下，在600r/min的机械搅拌下，按照20mL/h的速度，将2mL质量浓度为30％的双氧水加入到反应母液中，反应4h，得到反应液。离心并用无水乙醇洗涤产物，真空干燥得到CaO2纳米粒子。
取50mg CaO2，在乙醇与去离子水的混合溶液中加入50mg盐酸多巴胺和6mg硫酸亚铁七水合物，搅拌均匀，并将上述产物加入混合溶液中，并加入质量浓度为25-28％的氨水调节pH值为9，反应12h。将得到的产物离心并用无水乙醇洗涤3次，真空干燥。即得到一种亚铁离子掺杂聚多巴胺包覆过氧化钙多功能复合纳米粒子，如图6所示，颗粒呈球形，尺寸比较均匀，粒径分布在100-200nm，分散性良好。
实施例5：
本实施例的离子掺杂聚多巴胺包覆过氧化钙复合纳米粒子的制备方法，包括以下步骤：
在无水乙醇溶液中加入1.5g十二烷基苯磺酸钠和1.0g氯化钙，经超声并机械搅拌处理30-50min使之充分混合，形成反应母料。加入氨水调节pH值为10，然后在室温下，在600r/min的机械搅拌下，按照20mL/h的速度，将2mL质量浓度为30％的双氧水加入到反应母液中，反应4h，得到反应液。离心并用无水乙醇洗涤产物，真空干燥得到CaO2纳米粒子。
取50mg CaO2，在乙醇与去离子水的混合溶液中加入75mg盐酸多巴胺和10mg硝酸铜，搅拌均匀，并将上述产物加入混合溶液中，并加入质量浓度为25-28％的氨水调节pH值为9，反应12h。将得到的产物离心并用无水乙醇洗涤3次，真空干燥。即得到铜离子掺杂聚多巴胺包覆过氧化钙多功能复合纳米粒子，如图7所示，颗粒呈球形，尺寸比较均匀，粒径分布在100-150nm。
在上述实施例及其替代方案中，金属盐还可以为铜离子、铁离子、亚铁离子、锰离子的氯盐、硝酸盐或硫酸盐中的一种或几种，具体根据实际应用需求进行选择。
在上述实施例及其替代方案中，氯化钙还可以替换为硝酸钙、硫酸钙或草酸钙，还可以替换为氯化钙、硝酸钙、硫酸钙、草酸钙中的几种。
以上所述仅是对本发明的优选实施例及原理进行了详细说明，对本领域的普通技术人员而言，依据本发明提供的思想，在具体实施方式上会有改变之处，而这些改变也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种离子掺杂聚多巴胺包覆过氧化钙复合纳米粒子的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)在无水乙醇中加入稳定剂和无机钙盐，搅拌溶解获得反应母液并调节反应母液至碱性；然后在室温下，将双氧水加入到反应母液中室温继续反应4～6h，之后离心并用无水乙醇洗涤，真空干燥得到纳米过氧化钙；
(2)在乙醇与水的混合分散液中加入盐酸多巴胺和金属盐，搅拌均匀；之后加入纳米过氧化钙的乙醇分散液，并缓慢滴加氨水，调节pH值，并继续反应8～12h；将得到的产物离心并用无水乙醇洗涤，真空干燥，即得离子掺杂聚多巴胺包覆过氧化钙复合纳米粒子。
2.根据权利要求1所述的一种离子掺杂聚多巴胺包覆过氧化钙复合纳米粒子的制备方法，其特征在于，所述无机钙盐为氯化钙、硝酸钙、硫酸钙、草酸钙中的一种或几种。
3.根据权利要求1所述的一种离子掺杂聚多巴胺包覆过氧化钙复合纳米粒子的制备方法，其特征在于，所述稳定剂为聚乙烯吡咯烷酮、十二烷基苯磺酸钠、十六烷基三甲基溴化铵、聚乙二醇、聚乙烯醇中的一种或几种。
4.根据权利要求1所述的一种离子掺杂聚多巴胺包覆过氧化钙复合纳米粒子的制备方法，其特征在于，所述稳定剂与无机钙盐的重量比为1：0.5～1。
5.根据权利要求1所述的一种离子掺杂聚多巴胺包覆过氧化钙复合纳米粒子的制备方法，其特征在于，所述金属盐为铜离子、铁离子、亚铁离子、锰离子的氯盐、硝酸盐或硫酸盐中的一种或几种。
6.根据权利要求1所述的一种离子掺杂聚多巴胺包覆过氧化钙复合纳米粒子的制备方法，其特征在于，所述盐酸多巴胺重量与纳米CaO2的质量比为0.8～1.5：1。
7.根据权利要求1所述的一种离子掺杂聚多巴胺包覆过氧化钙复合纳米粒子的制备方法，其特征在于，所述金属盐与盐酸多巴胺的质量比为0.1～0.2：1。
8.根据权利要求1所述的一种离子掺杂聚多巴胺包覆过氧化钙复合纳米粒子的制备方法，其特征在于，所述滴加氨水调节的pH值为8.5～10。
9.如权利要求1-8任一项所述的制备方法制得的离子掺杂聚多巴胺包覆过氧化钙复合纳米粒子。
10.如权利要求9所述的离子掺杂聚多巴胺包覆过氧化钙复合纳米粒子的应用，其特征在于，应用于肿瘤治疗。
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