CN113679839A - 一种钨氧化聚合的聚吡咯纳米材料及其制备方法与应用 - Google Patents

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Abstract

本发明属于生物医药纳米材料技术领域，具体涉及一种钨氧化聚合的聚吡咯纳米材料及其制备方法与应用。该钨氧化聚合的聚吡咯纳米材料，创造性地采用含钨氧化剂诱导吡咯单体氧化聚合，制备方法简单且粒径可控；制备所得聚吡咯纳米材料具有良好的放射增敏效果和光热性能，可以协同增效，共同达到显著杀死肿瘤细胞的效果，从而降低对正常机体细胞的损伤；并且该聚吡咯纳米材料具有优异的生物相容性和稳定性，可以被机体吸收，安全性高，非常适合作为肿瘤药物在临床上应用。

Description

一种钨氧化聚合的聚吡咯纳米材料及其制备方法与应用
技术领域
本发明属于生物医药纳米材料技术领域。更具体地，涉及一种钨氧化聚合的聚吡咯纳米材料及其制备方法与应用。
背景技术
放射治疗是临床上广泛用于治疗肿瘤的方法之一，其主要的原理是利用穿透性非常好的高强度放射线如放射性同位素产生的α、β、γ射线和各类X射线来抑制肿瘤的增殖。单一的放射治疗通常需要较高的辐射强度才能较好的杀死肿瘤细胞，但是在增强辐射杀死肿瘤细胞的同时，也会损伤周围的正常细胞，造成机体严重的副作用，非常影响患者的生存质量。
为了解决上述问题，本领域技术人员致力于开发放射治疗增敏材料，来减少高强度辐射对机体正常细胞的伤害。如中国专利申请CN106975078A公开了一种包含多钨酸钆的纳米材料作为增敏剂的用途，该材料可以吸收大量的X射线产生活性氧物质，从而抑制、杀死肿瘤细胞，达到理想的放射增敏效果。但是，即使采用放射增敏剂可以适当降低辐射强度，单一的放疗抗肿瘤效果仍然十分有限，并且部分无机增敏材料还会残留在机体内较难清除，长期积累存在潜在的毒副作用。因此，希望可以提供一种既可以放疗增敏减少正常细胞损伤，还能结合其他安全性较高的方法协同抗肿瘤，安全性高的有机纳米材料。
发明内容
本发明要解决的技术问题是克服现有放疗增敏剂仍存在抗肿瘤效果有限、毒副作用较大的缺陷和不足，提供一种可以增敏放疗减少正常细胞损伤，还能结合其他安全性较高的方法(如光热治疗)协同抗肿瘤，安全性高的钨氧化聚合的聚吡咯纳米材料。
本发明的目的是提供一种钨氧化聚合的聚吡咯纳米材料的制备方法。
本发明另一目的是提供所述钨氧化聚合的聚吡咯纳米材料在制备防治肿瘤药物中的应用。
本发明上述目的通过以下技术方案实现：
一种钨氧化聚合的聚吡咯纳米材料的制备方法，包括以下步骤：
S1、制备稳定剂溶液，加入氧化剂混合均匀，得混合液；
S2、向步骤S1所得混合液中加入吡咯单体，搅拌反应，第一次离心去除沉淀大颗粒，上清液第二次离心后，收集沉淀，即得；
其中，所述氧化剂选自六氯化钨、五氯化钨、四氯化钨、六氟化钨中的一种或多种；所述稳定剂选自聚乙烯醇、聚乙烯吡咯烷酮、聚氧化乙烯、十二烷基硫酸钠中的一种或多种。
进一步地，步骤S1中，所述稳定剂的浓度为0.1～10mg/mL。优选地，所述稳定剂的浓度为0.1～5mg/mL。
更进一步地，步骤S1中，所述氧化剂的添加量为0.5～3mg/mL。优选地，所述氧化剂的添加量为0.8～2mg/mL。
进一步地，步骤S1中，制备稳定剂溶液的步骤为：将稳定剂加入水中，70～100℃加热回流。优选地，在加热回流时600～1500rpm搅拌。
更进一步地，步骤S2中，所述吡咯单体与混合液的体积比为1:(100～5000)。优选地，所述吡咯单体与混合液的体积比为1:(100～1000)。
进一步地，步骤S2中，所述搅拌反应的温度为60～120℃。优选地，所述搅拌反应的温度为80～100℃。
更进一步地，步骤S2中，所述搅拌反应的时间为8～40小时。优选地，所述搅拌反应的时间为16～32小时。
进一步地，步骤S2中，所述搅拌反应的转速为200～1500rpm。
更进一步地，步骤S2中，所述第一次离心的转速为2000～7000rpm；所述第二次离心的转速为15000～30000rpm。优选地，所述第一次离心的时间为5～15min；所述第二次离心的时间为15～25min。
另外的，本发明还提供了一种所述制备方法制备的钨氧化聚合的聚吡咯纳米材料。
进一步地，所述钨氧化聚合的聚吡咯纳米材料的粒径为10～500nm。
另外的，本发明还提供了所述钨氧化聚合的聚吡咯纳米材料在制备防治肿瘤药物中的应用。
优选地，所述药物在治疗肿瘤时可以结合光热治疗和放射治疗，能达到更好的肿瘤清除、治疗效果。
本发明提供的钨氧化聚合的聚吡咯纳米材料创造性地采用含钨氧化剂诱导吡咯单体氧化聚合，制备得到的聚吡咯纳米材料将氧化剂中的钨元素保留，其中含有高原子序数金属元素钨已经被现有技术大量的实验数据证实，可以达到放射增敏的效果，显著提高放疗抗癌的效果；并且，本发明提供的钨氧化聚合的聚吡咯纳米材料还具有光热性能，在近红外I区和II区激光刺激下，都具有较高的温度升高，表现出良好的光热转换能力，可以利用光热效应烧灼、杀灭肿瘤，具有更高的安全性。进一步将本发明提供的钨氧化聚合的聚吡咯纳米材料靶向至肿瘤部位后，结合光热疗法和/或放射疗法协同，可以达到更好的肿瘤治疗效果。另外的，本发明中的聚吡咯具有优异的生物相容性和稳定性，可以被机体吸收，安全性高。
本发明具有以下有益效果：
本发明提供了一种钨氧化聚合的聚吡咯纳米材料，创造性地采用含钨氧化剂诱导吡咯单体氧化聚合，制备方法简单且粒径可控；制备所得聚吡咯纳米材料具有良好的放射增敏效果和光热性能，可以协同增效，共同达到显著杀死肿瘤细胞的效果，从而降低对正常机体细胞的损伤；并且该聚吡咯纳米材料具有优异的生物相容性和稳定性，可以被机体吸收，安全性高，非常适合作为肿瘤药物在临床上应用。
附图说明
图1为本发明实施例1所得钨氧化聚合的聚吡咯纳米材料的电镜扫描图。
图2为本发明实施例1所得钨氧化聚合的聚吡咯纳米材料的粒径分布图。
图3为本发明实施例1所得钨氧化聚合的聚吡咯纳米材料的X射线光电子能谱图。
图4为本发明实施例1所得钨氧化聚合的聚吡咯纳米材料的X射线衍射图。
图5为本发明实施例1所得钨氧化聚合的聚吡咯纳米材料的紫外-可见光谱图。
图6为本发明实施例1所得钨氧化聚合的聚吡咯纳米材料的光热性能评估图；其中，A-808nm激光激发，B-1064nm激光激发。
图7为本发明实施例1所得钨氧化聚合的聚吡咯纳米材料的生物安全性评估统计图。
具体实施方式
以下结合说明书附图和具体实施例来进一步说明本发明，但实施例并不对本发明做任何形式的限定。除非特别说明，本发明采用的试剂、方法和设备为本技术领域常规试剂、方法和设备。
除非特别说明，以下实施例所用试剂和材料均为市购。
实施例1一种钨氧化聚合的聚吡咯纳米材料
所述钨氧化聚合的聚吡咯纳米材料的制备方法包括以下步骤：
S1、于250mL单口圆底烧瓶中加入95mL去离子水再加入75mg聚乙烯醇(PVA)，在90℃加热环境下温和搅拌冷凝回流1小时，在600～1500rpm转速搅拌条件下(磁力搅拌)，逐滴加入0.1g六氯化钨(超声溶解在5mL乙醇中)，保持90℃加热环境继续搅拌0.5小时，得混合液；
S2、于步骤S1所得混合液中逐滴加入200μL吡咯单体(99％，阿拉丁)，600～1500rpm搅拌(磁力搅拌)90℃反应24小时，低温超速离心机5000rpm/min离心10min，除去大颗粒纳米粒，收集上清20000rpm/min离心20min，沉淀即为钨氧化聚合的聚吡咯纳米材料。
实施例2一种钨氧化聚合的聚吡咯纳米材料
所述钨氧化聚合的聚吡咯纳米材料的制备方法包括以下步骤：
S1、于250mL单口圆底烧瓶中加入95mL去离子水再加入100mg聚乙烯吡咯烷酮，在90℃加热环境下温和搅拌冷凝回流1小时，在600～1500rpm转速搅拌条件下(磁力搅拌)，逐滴加入0.1g五氯化钨(超声溶解在5mL乙醇中)，保持90℃加热环境继续搅拌0.5小时，得混合液；
S2、于步骤S1所得混合液中逐滴加入200μL吡咯单体(99％，阿拉丁)，600～1500rpm搅拌(磁力搅拌)80℃反应24小时，低温超速离心机4000rpm/min离心10min，除去大颗粒纳米粒，收集上清20000rpm/min离心20min，沉淀即为钨氧化聚合的聚吡咯纳米材料。
实施例3一种钨氧化聚合的聚吡咯纳米材料
所述钨氧化聚合的聚吡咯纳米材料的制备方法包括以下步骤：
S1、于250mL单口圆底烧瓶中加入85mL去离子水再加入100mg聚乙烯醇(PVA)，在90℃加热环境下温和搅拌冷凝回流1小时，在600～1500rpm转速搅拌条件下(磁力搅拌)，逐滴加入0.2g四氯化钨(超声溶解在5mL乙醇中)，保持90℃加热环境继续搅拌0.5小时，得混合液；
S2、于步骤S1所得混合液中逐滴加入150μL吡咯单体(99％，阿拉丁)，600～1500rpm搅拌(磁力搅拌)120℃反应20小时，低温超速离心机7000rpm/min离心10min，除去大颗粒纳米粒，收集上清25000rpm/min离心20min，沉淀即为钨氧化聚合的聚吡咯纳米材料。
试验例1钨氧化聚合的聚吡咯纳米材料理化性质测定
对实施例1所得钨氧化聚合的聚吡咯纳米材料进行电镜扫描分析，结果参见图1。由图可见，所制得的钨引发氧化聚合的聚吡咯纳米材料分散性好，均一性高，电镜视野下粒径大小在30～40nm之间。
对实施例1所得钨氧化聚合的聚吡咯纳米材料用布鲁克林粒度仪进行粒径分布分析，结果参见图2。由图可见，所制得的钨氧化聚合的聚吡咯纳米材料流体动力学粒径在120nm左右。
对实施例1所得钨氧化聚合的聚吡咯纳米材料进行X射线电子能谱分析，结果如图3所示。由图可见，所制得的钨氧化聚合的聚吡咯纳米材料存在W、C、N、O元素，表明本发明的钨引发氧化聚合的聚吡咯纳米材料制备成功，奠定了该聚吡咯纳米材料作为放疗增敏剂在放疗中的前景。
对实施例1所得钨氧化聚合的聚吡咯纳米材料进行X射线衍射图谱分析，结果如图4所示。由图可见，所制得的钨氧化聚合的聚吡咯纳米材料存在聚吡咯特征宽吸收峰，表明本发明的钨引发氧化聚合的聚吡咯纳米材料制备成功。试验例2钨氧化聚合的聚吡咯纳米材料光学性能测定
对实施例1所得钨氧化聚合的聚吡咯纳米材料的光学吸收强度进行检测，结果参见图5。由图可见，钨氧化聚合的聚吡咯纳米材料在近红外I和II区具有很强的光学吸收，且具有浓度依赖性。
在808nm和1064nm波长激光条件下，对不同浓度钨氧化聚合的聚吡咯纳米材料的光热性能进行评估，结果如图6所示。
从图6A可看出，钨氧化聚合的聚吡咯纳米材料在808nm激光激发下具有较高的温度升高，现出良好的光热转换能力。从图6B可看出，钨氧化聚合的聚吡咯纳米材料在1064nm激光照射下，具有较高的温度升高，表现出良好的光热转换能力。
综上，钨氧化聚合的聚吡咯纳米材料具备光热治疗烧灼肿瘤的所需温度，且近红外II区激光响应能力可大大增加深层次肿瘤的治愈率。
试验例3钨氧化聚合的聚吡咯纳米材料安全性评估
使用Cell Counting Kit-8(CCK-8)方法对实施例1所得钨氧化聚合的聚吡咯纳米材料进行细胞水平安全性评估。
测试方法为：分别将人脐静脉内皮细胞HUVEc、人正常肝细胞MIHA、人肝肿瘤细胞HepG2、人高转移肝癌细胞LM3细胞均以每孔8×103个细胞的密度接种于96孔板并培养12小时，用PBS洗涤一次后，将细胞与梯度浓度(0、6.25、12.5、25、50、100、200μg/mL)的钨氧化聚合的聚吡咯纳米材料共孵育24小时，然后用PBS洗涤后，使用Cell Counting Kit-8(CCK-8)孵育2小时，在450nm波长处测量吸光度，进行标准细胞活力测定以确定相对细胞活力，结果如图7所示。
由图可见，所制得的钨氧化聚合的聚吡咯纳米材料不管对正常细胞还是癌细胞均表现出微不足道的毒性，对人体正常细胞无损害，安全性高；当结合放射疗法和/或光热疗法时，才表现出显著的抗肿瘤作用。
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种钨氧化聚合的聚吡咯纳米材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、制备稳定剂溶液，加入氧化剂混合均匀，得混合液；
S2、向步骤S1所得混合液中加入吡咯单体，搅拌反应，第一次离心去除沉淀大颗粒，上清液第二次离心后，收集沉淀，即得；
其中，所述氧化剂选自六氯化钨、五氯化钨、四氯化钨、六氟化钨中的一种或多种；所述稳定剂选自聚乙烯醇、聚乙烯吡咯烷酮、聚氧化乙烯、十二烷基硫酸钠中的一种或多种。
2.根据权利要求1所述制备方法，其特征在于，步骤S1中，所述稳定剂的浓度为0.1～10mg/mL。
3.根据权利要求1所述制备方法，其特征在于，步骤S1中，所述氧化剂的添加量为0.5～3mg/mL。
4.根据权利要求1所述制备方法，其特征在于，步骤S2中，所述吡咯单体与混合液的体积比为1:(100～5000)。
5.根据权利要求1所述制备方法，其特征在于，步骤S2中，所述搅拌反应的温度为60～120℃。
6.根据权利要求1所述制备方法，其特征在于，步骤S2中，所述第一次离心的转速为2000～7000rpm；所述第二次离心的转速为15000～30000rpm。
7.一种权利要求1～6任一所述制备方法制备的钨氧化聚合的聚吡咯纳米材料。
8.根据权利要求7所述钨氧化聚合的聚吡咯纳米材料，其特征在于，所述钨氧化聚合的聚吡咯纳米材料的粒径为10～500nm。
9.权利要求7或8所述钨氧化聚合的聚吡咯纳米材料在制备防治肿瘤药物中的应用。
10.根据权利要求9所述应用，其特征在于，所述药物结合放射治疗和/或光热治疗。
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