CN114259562B - 聚合物碳点的制备及其在声动力治疗中的应用 - Google Patents

Abstract

本发明公开了聚合物碳点的制备及其在声动力治疗中的应用。在本发明中，采用了不同的碳源和制备方法，制备得到了多种具有声动力治疗效果的聚合物碳点，由于聚合物具有较长的碳链及共轭结构，因而可以降低单线态和三线态之间的能量差，促进系间窜越，从而产生更多活性氧。随后，将上述聚合物碳点应用于不同肿瘤模型的声动力治疗中，结果表明聚合物碳点在声动力作用下对肿瘤有非常好的杀伤力。相比于其他治疗癌症的方法，使用聚合物碳点作为声敏剂的声动力治疗具有无创、安全高效、副作用小、活性氧产率高及组织穿透深度高等特点。

Description

聚合物碳点的制备及其在声动力治疗中的应用

技术领域：

本技术属于生物医学领域，具体涉及聚合物碳点的制备及其在声动力治疗中的应用，所制备的聚合物碳点吸收超声波的能量，使基态的电子跃迁到激发单线态，并进一步通过系间窜越至激发三线态，从而可以敏化水和氧气产生活性氧用于杀死肿瘤。目前，还尚未报道聚合物碳点用于声动力治疗，因此，本发明首次提出使用聚合物碳点作为声敏剂用于声动力治疗，属于生物医学领域。

背景技术：

癌症的治疗传统上包括三种主要方法：手术治疗、化疗和放疗。尽管在这些领域中已取得巨大进步，但手术治疗、化疗、放疗的肿瘤治疗方法常伴有治疗不彻底、易复发、易转移、易引起多种并发症的缺点，往往给患者带来较为严重的毒副作用和极大的痛苦，同时也不利于癌症患者的康复，所以需要寻找更有效、更安全的替代治疗方法。1996年Lipson等人首次使用了光动力治疗用于杀伤肿瘤细胞，光动力治疗是利用一定波长范围内的光激发蓄积在肿瘤部位的光敏剂，从而令其由基态跃迁至激发单重态，并进一步系间窜越至激发三重态，可用于敏化氧气或水，进而产生多种活性氧物质，最终导致细胞的死亡或者组织坏死。但大部分光敏剂存在着吸收差、药动学复杂、光穿透深度低等问题。

声动力治疗是在光动力治疗基础上发展而来，因超声的深度穿透能力克服了光的局限性而引起了广泛关注。声动力治疗是一种非侵入性的疾病治疗方法，具有毒副反应小、可达深部肿瘤组织的优点，已成为肿瘤治疗的新方法。声动力治疗可以通过超声联合声敏剂达到与光动力治疗类似的抗肿瘤效果，但是其确切的机制却尚未统一，有超声空化效应、破坏细胞骨架、介导细胞凋亡、造成氧化损伤、增加药物转运、降低耐药性、免疫调节等。其中活性氧产生机制是最为大家认可和接受的机制。声敏剂分子经超声波激发后得到一定的能量，其电子状态由基态的单线态变成了激发单线态，激发单线态的电子通过系间窜越跃迁至激发三线态，从而敏化氧气或水产生活性氧用于杀死肿瘤。

声敏剂在声动力治疗中扮演非常重要的角色，因此，声敏剂的选择已成为声动力治疗最为关键的问题。随着声动力疗法研究的深入，对具有临床使用价值的声敏剂的要求逐步提高。理想的声敏剂应该具有安全低毒、容易制备、能被人体快速吸收或分解、活性氧产率高等优良特性。目前已被证实用作声敏剂的物质种类有很多，包括卟啉衍生物、吖啶类化合物、染料类化合物、二氧化钛等。但目前使用广泛的声敏剂，存在毒性大、超声产生活性氧效果差等缺点。所以，寻找毒副作用低、活性氧产率高的声敏剂，具有非常重要的研究意义。

碳点具有制备简单、表面易修饰、水溶性好、生物毒性低、较宽的吸收光谱，发射光谱可调等优点被广泛应用于荧光传感、生物成像及肿瘤治疗等领域。聚合物具有较长的碳链和共轭体系，使用聚合物制备得到的聚合物碳点，其激发单线态和激发三线态之间的能量差可能更小，因而更加有利于系间窜越，从而有望具有更高的活性氧产率，更有利于用于声动力治疗。

发明内容：

本发明的内容在于制备聚合物碳点作为声敏剂应用于声动力治疗中，具有无创、安全高效、副作用小、活性氧产率高及组织穿透深度高等特点。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

聚合物碳点的制备及其在声动力治疗中的应用，其特征在于：制备得到聚合物碳点作为声敏剂，随后利用声敏剂在超声波作用下对肿瘤进行声动力治疗。

进一步地，所述的制备聚合物碳点所用的聚合物碳源包括壳聚糖衍生物、聚噻吩衍生物、噻吩/硒吩的共聚物、聚乙烯亚胺衍生物、聚丙烯酰胺衍生物、聚乙二醇醚衍生物、聚氨酯类衍生物等。

进一步地，所述的制备聚合物碳点所用的溶剂包括水和有机溶剂。

进一步地，所述的制备聚合物碳点所用的有机溶剂包括乙醇、甲醇、乙腈、丙酮等。

进一步地，所述的制备碳点所用的方法包括微波法、水热法、热解法和超声法等。

进一步地，微波法所用的功率范围为500-1000W，所用的时间范围为2-30min。

进一步地，水热法所用的温度范围为120-200℃，所用的时间范围为4-12h。

进一步地，热解法所用的温度范围为200-450℃，所用的时间范围为0.5-2h。

进一步地，超声法所用的功率范围为200-600W，所用的时间范围为2-20h。

进一步地，所述的进行声动力治疗所用的超声波为低强度超声波，即超声波的能量低于3W/cm²。

进一步地，所述的进行声动力治疗所用的超声波为低频率超声波，即超声波的频率大约水热法在100K HZ-3M HZ。

进一步地，所述的进行声动力治疗所用的时间为2-10min。

进一步地，所述的声动力治疗过程中，杀死肿瘤细胞的物质主要是活性氧，如：单线态氧、羟基自由基。

进一步地，所述的声动力治疗的超声波可以是局部或全身作用于人体。

进一步地，所述的声动力治疗的肿瘤包括肺癌、前列腺癌、乳腺癌、肝癌、结肠癌等不同组织的癌症肿瘤等。

与现有技术相比，本发明具有无创、安全高效、副作用小、活性氧产率高及组织穿透深度高等特点。

附图说明：

图1为聚合物碳点的高分辨透射电镜图。

图2为聚合物碳点在超声作用下产生羟基自由基的情况。

图3为聚合物碳点在超声作用下产生单线态氧的情况。

图4为使用DCFH-DA作为探针，聚合物碳点在超声作用下在细胞内产生活性氧的情况。

图5为通过MTT实验评估不同浓度聚合物碳点在超声作用下对癌细胞的杀伤力。

图6为通过AM/PI染色实验评估聚合物碳点在超声作用下对癌细胞的杀伤力。

图7为使用聚合物碳点进行声动力治疗时，小鼠的肿瘤体积变化情况。

图8为使用聚合物碳点进行声动力治疗时，小鼠的体重变化情况。

具体实施方式：

下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。

本发明所述的聚合物碳点具有声敏化能力，可以作为声敏剂使用，即在超声照射下能有效地产生活性氧，利用所产生的活性氧有效地杀伤肿瘤细胞，用于开展疾病相关的声动力治疗。

本发明所述的聚合物碳点应用于声动力治疗药物的基本方法是：

(1)选用不同的聚合物作为碳源，在不同的溶剂中，采用不同的方法制备得到相应的聚合物碳点；

(2)通过高分辨透射电镜图对聚合物碳点的形貌及粒径进行分析；

(3)使用对苯二甲酸作为捕获剂测试聚合物碳点超声作用下产生羟基自由基的情况；

(4)使用对SOSG作为捕获剂测试聚合物碳点超声作用下产生单线态氧的情况；

(5)细胞水平产生活性氧的测试。具体操作步骤如下：将癌症细胞分成4组：PBS组、PBS+超声组、聚合物碳点组、聚合物碳点+超声组。如图5所示，使用DCFH-DA进行细胞染色，当细胞处于空白对照、仅给药和仅超声的情况下，无绿色荧光出现。当超声联合聚合物碳点作用时，有明显的绿色荧光产生，表明产生了较多的活性氧。

(6)通过MTT实验评估不同浓度聚合物碳点在超声作用和无超声作用下对癌细胞的杀伤力，具体操作步骤如下：取处于对数生长期的癌细胞，经胰蛋白酶消化后，将细胞接种至96孔板中继续培养24h。待细胞贴壁后吸去培养液，加入200μL含有不同浓度聚合物碳点的培养液，分别进行超声和不超声的处理，继续培养24h后将原培养液吸出。避光加入MTT溶液，置于培养箱继续培养4小时，去除MTT溶液，加入DMSO溶液，振荡10min，酶标仪测定OD值，按照下述公式计算细胞存活率。细胞存活率(％)＝(实验组OD/对照组OD)×100％

(7)通过AM/PI染色实验评估聚合物碳点在超声作用下对癌细胞的杀伤力。具体操作步骤如下：取处于对数生长期的癌细胞，经胰蛋白酶消化后，将细胞接种至96孔板中继续培养24h。分成四组(PBS组、PBS+超声组、聚合物碳点组、聚合物碳点+超声组)并进行相应的操作，随后加入AM/PI染料共孵育5min，用PBS洗涤三次，最后使用荧光倒置显微镜进行拍照。

(9)小鼠水平评估聚合物碳点在超声条件下对肿瘤的杀伤力及其生物安全性，具体操作步骤如下：使用癌细胞建立荷瘤小鼠模型，待小鼠肿瘤体积达到约100mm³时，将小鼠分为4组，每组5只，分别为生理盐水组、生理盐水+超声组、聚合物碳点组、聚合物碳点+超声组。通过尾静脉注射的方式给药，4h后进行180s的超声处理，隔天重复上述操作，共进行12天治疗，同时监测各组小鼠肿瘤体积及体重的变化，根据肿瘤体积计算公式：肿瘤体积＝短径2×长径/2计算瘤体积，探究聚合物碳点声动力抗肿瘤的效果，结果表明聚合物碳点+超声组的小鼠肿瘤体积有明显的缩小，说明聚合物碳点在超声波作用下能有效杀死肿瘤。

实施例一：壳聚糖碳点的制备及其在声动力治疗中的应用

(1)聚合物碳点的制备及表征：将1g壳聚糖溶于40mL水中，混合均匀转入水热反应釜中，在200℃条件下反应12小时，分离纯化得到碳点。使用高分辨透射电镜(图1)对聚合物碳点的形貌及尺寸进行表征。

(2)聚合物碳点超声作用下在溶液中产生活性氧的检测：取25μg/mL的聚合物碳点溶液2mL进行测试，分别使用对苯二甲酸和SOSG作为捕获剂，在1.5W/cm²、800k HZ超声波下，每次超声2min，结果表明该聚合物碳点能很好地产生羟基自由基和单线态氧。

(3)聚合物碳点超声作用下在细胞中产生活性氧的检测：将25μg/mL的聚合物碳点和4T1乳腺癌细胞共孵育4h，随后使用DCFH-DA作为探针，再次孵育30min，在1.5W/cm²、800kHZ超声波作用5min后，出现绿色荧光，说明能明显产生活性氧。

(4)聚合物碳点超声作用下对细胞杀伤力的评估：将不同浓度的聚合物碳点和4T1乳腺癌细胞一起孵育，MTT实验结果表明聚合物碳点浓度为25μg/mL时，使用1.5W/cm²、800kHZ超声波作用5min后，细胞存活率低于15％，而不进行超声处理的细胞几乎没有死亡，说明聚合物碳点具有良好的生物相容性。同时，使用AM/PI进行染色，结果表明在1.5W/cm²、800kHZ超声波作用5min的条件下，聚合物碳点+超声组出现亮红色，说明碳点作为声敏剂对细胞有十分明显的杀伤力。

(5)聚合物碳点生物相容性及其在超声作用下对肿瘤杀伤力的评估：使用4T1乳腺癌细胞建立荷瘤小鼠模型，待小鼠肿瘤体积达到100mm³时，将小鼠分为4组，每组5只，分别为生理盐水组、生理盐水+超声组、聚合物碳点组、聚合物碳点+超声组。通过尾静脉注射的方式给药，4h后进行180s的超声处理，隔天重复上述操作，共进行12天治疗，同时监测各组小鼠体重的变化，根据肿瘤体积计算公式：肿瘤体积＝短径2×长径/2计算瘤体积，结果表明聚合物碳点+超声组的小鼠肿瘤体积有明显的缩小，说明聚合物碳点在超声波作用下能有效产生活性氧。

实施例二：聚噻吩碳点的制备及其在声动力治疗中的应用

(1)聚合物碳点的制备及表征：将1g聚噻吩溶于40mL甲醇和水(1：1)的混合液中，混合均匀转入水热反应釜中，在200℃条件下反应12小时，分离纯化得到聚合物碳点。使用透射电镜对聚合物碳点的形貌及尺寸进行表征。

(2)聚合物碳点超声作用下在溶液中产生活性氧的检测：取25μg/mL的聚合物碳点溶液2mL进行测试，分别使用对苯二甲酸(图2)和SOSG作为捕获剂，在1.5W/cm²、800k HZ超声波下，每次超声2min，结果表明该聚合物碳点能很好地产生超氧阴离子和单线态氧。

(3)聚合物碳点超声作用下在细胞中产生活性氧的检测：将25μg/mL的聚合物碳点和SW480结肠癌细胞共孵育4h，随后使用DCFH-DA作为探针，再次孵育30min，在1.5W/cm²、800k HZ超声波作用5min后，出现绿色荧光，说明能明显产生活性氧。

(4)聚合物碳点超声作用下对细胞杀伤力的评估：将不同浓度的聚合物碳点和SW480结肠癌细胞一起孵育，MTT实验结果表明聚合物碳点浓度为25μg/mL时，使用1.5W/cm²、800k HZ超声波作用5min后，细胞存活率低于15％，而不进行超声处理的细胞几乎没有死亡，说明聚合物碳点具有良好的生物相容性。同时，使用AM/PI进行染色，结果表明在1.5W/cm²、800k HZ超声波作用5min的条件下，聚合物碳点+超声组出现亮红色，说明聚合物碳点作为声敏剂对细胞有十分明显的杀伤力。

(5)聚合物碳点生物相容性及其在超声作用下对肿瘤杀伤力的评估：使用SW480结肠癌细胞建立荷瘤小鼠模型，待小鼠肿瘤体积达到100mm³时，将小鼠分为4组，每组5只，分别为生理盐水组、生理盐水+超声组、聚合物碳点组、聚合物碳点+超声组组。通过尾静脉注射的方式给药，4h后进行180s的超声处理，隔天重复上述操作，共进行12天治疗，同时监测各组小鼠体重的变化，根据肿瘤体积计算公式：肿瘤体积＝短径2×长径/2计算瘤体积，结果表明聚合物碳点+超声组的小鼠肿瘤体积有明显的缩小，说明聚合物碳点在超声波作用下能有效产生活性氧。

实施例三：噻吩/硒吩的共聚物碳点的制备及其在声动力治疗中的应用

(1)聚合物碳点的制备及表征：将2g噻吩/硒吩的共聚物加入40mL甲醇和乙腈(1：1)的混合液中，混合均匀转入微波反应器中，在800W条件下反应30分钟，分离纯化得到聚合物碳点。使用透射电镜对聚合物碳点的形貌及尺寸进行表征。

(2)聚合物碳点超声作用下在溶液中产生活性氧的检测：取25μg/mL的聚合物碳点溶液2mL进行测试，分别使用对苯二甲酸和SOSG(图3)作为捕获剂，在1.5W/cm²、800k HZ超声波下，每次超声2min，结果表明该聚合物碳点能很好地产生羟基自由基和单线态氧。

(3)聚合物碳点超声作用下在细胞中产生活性氧的检测：将25μg/mL的聚合物碳点和4T1乳腺癌细胞共孵育4h，随后使用DCFH-DA作为探针，再次孵育30min，在1.5W/cm²、800kHZ超声波作用5min后，出现绿色荧光，说明能明显产生活性氧。

(4)聚合物碳点超声作用下对细胞杀伤力的评估：将不同浓度的聚合物碳点和4T1乳腺癌细胞一起孵育，MTT实验结果表明聚合物碳点浓度为25μg/mL时，使用1.5W/cm2、800kHZ超声波作用5min后，细胞存活率低于15％，而不进行超声处理的细胞几乎没有死亡，说明聚合物碳点具有良好的生物相容性。同时，使用AM/PI进行染色，结果表明在1.5W/cm²、800kHZ超声波作用5min的条件下，聚合物碳点+超声组出现亮红色，说明聚合物碳点作为声敏剂对细胞有十分明显的杀伤力。

(5)聚合物碳点生物相容性及其在超声作用下对肿瘤杀伤力的评估：使用4T1乳腺癌细胞建立荷瘤小鼠模型，待小鼠肿瘤体积达到100mm³时，将小鼠分为4组，每组5只，分别为生理盐水组、生理盐水+超声组、聚合物碳点组、聚合物碳点+超声组。通过尾静脉注射的方式给药，4h后进行180s的超声处理，隔天重复上述操作，共进行12天治疗，同时监测各组小鼠体重的变化，根据肿瘤体积计算公式：肿瘤体积＝短径2×长径/2计算瘤体积，结果表明聚合物碳点+超声组的小鼠肿瘤体积有明显的缩小，说明聚合物碳点在超声波作用下能有效产生活性氧。

实施例四：聚乙烯亚胺碳点的制备及其在声动力治疗中的应用

(1)聚合物碳点的制备及表征：将2g聚乙烯亚胺加入30mL水和10mL酒精的混合液中，混合均匀转入水热反应釜中，在180℃条件下反应12小时，分离纯化得到聚合物碳点。使用透射电镜对聚合物碳点的形貌及尺寸进行表征。

(2)聚合物碳点超声作用下在溶液中产生活性氧的检测：取25μg/mL的聚合物碳点溶液2mL进行测试，分别使用对苯二甲酸和SOSG作为捕获剂，在1.5W/cm²、800k HZ超声波下，每次超声2min，结果表明该聚合物碳点能很好地产生羟基自由基和单线态氧。

(3)聚合物碳点超声作用下在细胞中产生活性氧的检测：将25μg/mL的聚合物碳点和HepG2肝癌细胞共孵育4h，随后使用DCFH-DA(图4)作为探针，再次孵育30min，在1.5W/cm²、800k HZ超声波作用5min后，出现绿色荧光，说明能明显产生活性氧。

(4)聚合物碳点超声作用下对细胞杀伤力的评估：将不同浓度的聚合物碳点和HepG2肝癌细胞一起孵育，MTT实验结果表明聚合物碳点浓度为25μg/mL时，使用1.5W/cm²、800k HZ超声波作用5min后，细胞存活率低于15％，而不进行超声处理的细胞几乎没有死亡，说明聚合物碳点具有良好的生物相容性。同时，使用AM/PI进行染色，结果表明在1.5W/cm²、800k HZ超声波作用5min的条件下，聚合物碳点+超声组出现亮红色，说明聚合物碳点作为声敏剂对细胞有十分明显的杀伤力。

(5)聚合物碳点生物相容性及其在超声作用下对肿瘤杀伤力的评估：使用HepG2肝癌细胞建立荷瘤小鼠模型，待小鼠肿瘤体积达到100mm³时，将小鼠分为4组，每组5只，分别为生理盐水组、生理盐水+超声组、聚合物碳点组、聚合物碳点+超声组。通过尾静脉注射的方式给药，4h后进行180s的超声处理，隔天重复上述操作，共进行12天治疗，同时监测各组小鼠体重的变化，根据肿瘤体积计算公式：肿瘤体积＝短径2×长径/2计算瘤体积，结果表明聚合物碳点+超声组的小鼠肿瘤体积有明显的缩小，说明聚合物碳点在超声波作用下能有效产生活性氧。

实施例五：聚丙烯酰胺碳点的制备及其在声动力治疗中的应用

(1)聚合物碳点的制备及表征：将2g聚丙烯酰胺加入40mL水和丙酮(1：1)的混合液中，混合均匀转入水热反应釜中，在超声反应器中，功率500W，超声4h，分离纯化得到聚合物碳点。使用透射电镜对聚合物碳点的形貌及尺寸进行表征。

(2)聚合物碳点超声作用下在溶液中产生活性氧的检测：取25μg/mL的聚合物碳点溶液2mL进行测试，分别使用对苯二甲酸和SOSG作为捕获剂，在1.5W/cm²、800k HZ超声波下，每次超声2min，结果表明该聚合物碳点能很好地产生羟基自由基和单线态氧。

(3)聚合物碳点超声作用下在细胞中产生活性氧的检测：将25μg/mL的聚合物碳点和4T1乳腺癌细胞共孵育4h，随后使用DCFH-DA作为探针，再次孵育30min，在1.5W/cm²、800kHZ超声波作用5min后，出现绿色荧光，说明能明显产生活性氧。

(4)聚合物碳点超声作用下对细胞杀伤力的评估：将不同浓度的聚合物碳点和4T1乳腺癌细胞一起孵育，MTT实验(图5)结果表明聚合物碳点浓度为25μg/mL时，使用1.5W/cm²、800k HZ超声波作用5min后，细胞存活率低于15％，而不进行超声处理的细胞几乎没有死亡，说明聚合物碳点具有良好的生物相容性。同时，使用AM/PI进行染色，结果表明在1.5W/cm²、800k HZ超声波作用5min的条件下，聚合物碳点+超声组出现亮红色，说明聚合物碳点作为声敏剂对细胞有十分明显的杀伤力。

(5)聚合物碳点生物相容性及其在超声作用下对肿瘤杀伤力的评估：使用4T1乳腺癌细胞建立荷瘤小鼠模型，待小鼠肿瘤体积达到100mm3时，将小鼠分为4组，每组5只，分别为生理盐水组、生理盐水+超声组、聚合物碳点组、聚合物碳点+超声组。通过尾静脉注射的方式给药，4h后进行180s的超声处理，隔天重复上述操作，共进行12天治疗，同时监测各组小鼠体重的变化，根据肿瘤体积计算公式：肿瘤体积＝短径2×长径/2计算瘤体积，结果表明聚合物碳点+超声组的小鼠肿瘤体积有明显的缩小，说明聚合物碳点在超声波作用下能有效产生活性氧。

实施例六：聚乙二醇醚碳点的制备及其在声动力治疗中的应用

(1)聚合物碳点的制备及表征：将2g乙二醇醚加入30mL水中，混合均匀转入水热反应釜中，在180℃条件下反应12小时，分离纯化得到聚合物碳点。使用透射电镜对聚合物碳点的形貌及尺寸进行表征。

(2)聚合物碳点超声作用下在溶液中产生活性氧的检测：取25μg/mL的聚合物碳点溶液2mL进行测试，分别使用对苯二甲酸和SOSG作为捕获剂，在1.5W/cm²、800k HZ超声波下，每次超声2min，结果表明该聚合物碳点能很好地产生羟基自由基和单线态氧。

(3)聚合物碳点超声作用下在细胞中产生活性氧的检测：将25μg/mL的聚合物碳点和前列腺癌细胞共孵育4h，随后使用DCFH-DA作为探针，再次孵育30min，在1.5W/cm²、800kHZ超声波作用5min后，出现绿色荧光，说明能明显产生活性氧。

(4)聚合物碳点超声作用下对细胞杀伤力的评估：将不同浓度的聚合物碳点和前列腺癌细胞一起孵育，MTT实验结果表明碳点浓度为25μg/mL时，使用1.5W/cm²、800k HZ超声波作用5min后，细胞存活率低于15％，而不进行超声处理的细胞几乎没有死亡，说明聚合物碳点具有良好的生物相容性。同时，使用AM/PI进行染色(图6)，结果表明在1.5W/cm²、800k HZ超声波作用5min的条件下，聚合物碳点+超声组出现亮红色，说明碳点作为声敏剂对细胞有十分明显的杀伤力。

(5)聚合物碳点生物相容性及其在超声作用下对肿瘤杀伤力的评估：使用前列腺癌细胞建立荷瘤小鼠模型，待小鼠肿瘤体积达到100mm³时，将小鼠分为4组，每组5只，分别为生理盐水组、生理盐水+超声组、聚合物碳点组、聚合物碳点+超声组。通过尾静脉注射的方式给药，4h后进行180s的超声处理，隔天重复上述操作，共进行12天治疗，同时监测各组小鼠体重的变化，根据肿瘤体积计算公式：肿瘤体积＝短径2×长径/2计算瘤体积，结果表明聚合物碳点+超声组的小鼠肿瘤体积有明显的缩小，说明聚合物碳点在超声波作用下能有效产生活性氧。

实施例七：聚氨基甲酸酯碳点的制备及其在声动力治疗中的应用

(1)聚合物碳点的制备及表征：将2g聚氨基甲酸酯加入40mL水中，混合均匀转入水热反应釜中，在180℃条件下反应12小时，分离纯化得到聚合物碳点。使用透射电镜对聚合物碳点的形貌及尺寸进行表征。

(2)聚合物碳点超声作用下在溶液中产生活性氧的检测：取25μg/mL的聚合物碳点溶液2mL进行测试，分别使用对苯二甲酸和SOSG作为捕获剂，在1.5W/cm²、800k HZ超声波下，每次超声2min，结果表明该聚合物碳点能很好地产生羟基自由基和单线态氧。

(3)聚合物碳点超声作用下在细胞中产生活性氧的检测：将25μg/mL的聚合物碳点和肺癌细胞共孵育4h，随后使用DCFH-DA作为探针，再次孵育30min，在1.5W/cm²、800k HZ超声波作用5min后，出现绿色荧光，说明能明显产生活性氧。

(4)聚合物碳点超声作用下对细胞杀伤力的评估：将不同浓度的聚合物碳点和肺癌细胞一起孵育，MTT实验结果表明碳点浓度为25μg/mL时，使用1.5W/cm²、800k HZ超声波作用5min后，细胞存活率低于15％，而不进行超声处理的细胞几乎没有死亡，说明聚合物碳点具有良好的生物相容性。同时，使用AM/PI进行染色，结果表明在1.5W/cm²、800k HZ超声波作用5min的条件下，聚合物碳点+超声组出现亮红色，说明聚合物碳点作为声敏剂对细胞有十分明显的杀伤力。

(5)聚合物碳点生物相容性及其在超声作用下对肿瘤杀伤力的评估：使用肺癌细胞建立荷瘤小鼠模型，待小鼠肿瘤体积达到100mm³时，将小鼠分为4组，每组5只，分别为生理盐水组、生理盐水+超声组、聚合物碳点组、聚合物碳点+超声组。通过尾静脉注射的方式给药，4h后进行180s的超声处理，隔天重复上述操作，共进行12天治疗，同时监测各组小鼠肿瘤体积(图7)及体重(图8)的变化，根据肿瘤体积计算公式：肿瘤体积＝短径2×长径/2计算瘤体积，结果表明聚合物碳点碳点+超声组的小鼠肿瘤体积有明显的缩小，说明聚合物碳点在超声波作用下能有效产生活性氧。

Claims (6)

1.聚合物碳点在制备声动力治疗肿瘤药物中的应用，其特征在于，包括以下步骤：

(1)制备得到聚合物碳点作为声敏剂；

(2)利用声敏剂在超声波下对肿瘤进行声动力治疗；

所述聚合物碳点为壳聚糖碳点、聚噻吩碳点、噻吩/硒吩的共聚物碳点、聚乙烯亚胺碳点、聚丙烯酰胺碳点、聚乙二醇醚碳点或聚氨基甲酸酯碳点；

制备聚合物碳点所用的碳源为壳聚糖衍生物、聚噻吩衍生物、噻吩/硒吩的共聚物、聚乙烯亚胺衍生物、聚丙烯酰胺衍生物、聚乙二醇醚衍生物或聚氨酯类衍生物；

制备聚合物碳点所用的溶剂为水、乙醇、甲醇、乙腈或丙酮；

制备壳聚糖碳点、聚噻吩碳点、聚乙烯亚胺碳点、聚乙二醇醚碳点和聚氨基甲酸酯碳点所用的方法为水热法：其温度为120-200℃、时间为4-12h，制备噻吩/硒吩的共聚物碳点所用的方法为微波法：其功率为500-1000W、时间为2-30min，制备聚丙烯酰胺碳点所用的方法为超声法：其功率为200-600W、时间为2-20h；

声动力治疗过程中，杀死肿瘤细胞的物质主要是活性氧，所述活性氧为单线态氧、羟基自由基、超氧阴离子。

2.根据权利要求1所述的应用，其特征在于：进行声动力治疗所用的超声波为低强度超声波，即超声波的能量低于3W/cm²。

3.根据权利要求1所述的应用，其特征在于：进行声动力治疗所用的超声波为低频率超声波，即超声波的频率在100KHZ-3MHZ。

4.根据权利要求1所述的应用，其特征在于：进行声动力治疗的时间为2-10min。

5.根据权利要求1所述的应用，其特征在于：声动力治疗的超声波局部或全身作用于人体。

6.根据权利要求1所述的应用，其特征在于：声动力治疗的肿瘤包括肺癌、前列腺癌、乳腺癌、肝癌、结肠癌。

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