CN114533869A - 一种普鲁士蓝@介孔二氧化硅-全氟己烷纳米粒子材料及其制备方法、应用 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种普鲁士蓝@介孔二氧化硅‑全氟己烷纳米粒子材料及其制备方法、应用；制备流程为首先采用水热法制备普鲁士蓝纳米粒子，然后使用溶胶‑凝胶法将介孔二氧化硅包覆在普鲁士蓝上，最后通过真空灌注的途径将全氟己烷负载到介孔中，从而制备出普鲁士蓝@介孔二氧化硅‑全氟己烷纳米粒子材料。本发明所合成的纳米复合粒子呈立方形，粒径在100～200nm之间，为蓝色粉末状，可发挥普鲁士蓝的光热效应来杀伤肿瘤细胞，同时可利用全氟己烷的相变效应增强超声成像效果。本发明所使用的制备方法操作简单，成本低廉，并且所得超声造影剂生物安全性良好，稳定性高，超声成像和光热转换性能性能优良，可用于肿瘤的诊疗一体化。
Description
技术领域
本发明涉及生物医学技术领域，具体涉及一种普鲁士蓝@介孔二氧化硅-全氟己烷纳米粒子材料及其制备方法、应用。
背景技术
光热疗法(PTT)是一种新兴的治疗癌症的方法，它是利用光热转换剂来将吸收光转换为热量，从而“烧伤”目标癌细胞达到治疗的效果。由于这种方法相比于传统的肿瘤治疗方法(例如：化学疗法和放射疗法)副作用更小，精准性更高，且功效更强，已成为治疗癌症的一种非常有前景的手段，可以替换传统的治疗方法。光热剂可以通过被动靶向(肿瘤的渗透和保留效应EPR)和主动靶向(通过癌症细胞和纳米粒子两者间的特异性键合)聚集到肿瘤部位，然后吸收近红外光并转换为热量最终杀死肿瘤细胞。近红外(NIR，λ＝700–1100nm)光在生物组织中吸收极小，而且穿透深度极佳。当前的光热剂主要有以下四种，包括金纳米结构(例如Au纳米壳、Au纳米星、金纳米棒等)，碳基材料(例如碳纳米管和石墨烯)，硫属元素铜半导以及其他的有机化合物(例如：吲哚菁绿、聚吡咯、聚苯胺等)。这些光热剂都有各自的优点，且为光热治疗的发展做出不同的贡献，但都具有相应的缺点，包括生物安全性不明确，制造成本高，合成过程复杂等都限制了其在临床上的进一步应用。
普鲁士蓝(Prussian Blue)是一种配位化合物，也是一种古老的染料，由FeIII 4[FeII(CN)6]3·nH2O组成，它是由美国FDA批准的安全且有效的治疗放射性元素(铯和铊)中毒的纳米材料。晶体结构内的质子交换、表面吸附和机械捕获是解毒的主要机制，它的生物安全性为其在生物医学工程领域内的应用奠定了基础。普鲁士蓝PB的结构中，六个氰基做为配体，二价铁离子做为中心离子，C＝N(氰基)作为配位键桥连接FeⅡ和FeⅢ,其中FeⅡ和C原子相连，FeⅢ和N原子相连。PB在近红外(NIR)窗口中尤其700-900nm处具有很强的吸收峰，主要是因为PB吸收光能后Fe2+与Fe3+之间发生电子跃迁，其中激发电子不是以辐射的形式而是以释放热的形式回到基态从而实现了光热转换，因而PB具有优良的光热性能，可将其用于光热治疗。近年来，不同形状的PB纳米粒子已被制备出来，并对其性能进行了进一步的研究，特别是在生物医学工程领域中具有广阔的应用前景，主要可应用于催化和传感器、药物载体、超声成像、光声成像、CT成像、磁共振成像、光热治疗等等。
超声造影(Ultrasonic Contrast)又称声学造影(Acoustic Contrast)，是利用造影剂使后散射回声增强，明显提高超声诊断的分辨力、敏感性和特异性的技术，已成为超声诊断的一个十分重要和很有前途的发展方向。超声造影剂发展到现在主要经历了以下3个阶段。第一代超声造影剂是游离气体，稳定性差，可用于右心显影但是不能进行外周静脉注射，应用少；第二代超声造影剂：由多糖或者蛋白质为壳，内部包裹了自由气体(空气)的微泡，能进行外周静脉注射，并且实现了外周和左心的血管显影，是造影剂从有创到无创的质的进步；第三代造影剂内部装载了大分子惰性气体的微泡造影剂，其中惰性气体多是氟碳气体，由于其弥散度以及溶解度低，使得造影剂的有效性和稳定性大大提高。
目前，肿瘤治疗所存在的问题，主要有诊断和治疗分开进行，步骤繁杂，费用昂贵，治疗时间长，副作用大等。因此，探索出具有良好的光热性能和生物安全性，且成本低廉的新一代光热剂，并能实现超声诊断-光热治疗一体化作用，已经迫在眉睫。
发明内容
为解决现有技术中存在的问题，本发明提供了一种普鲁士蓝@介孔二氧化硅-全氟己烷纳米粒子材料及其制备方法、应用，实现了超声诊断-光热治疗一体化作用，能够显著缩短诊治时间提高治疗效率，毒副作用小，降低治疗费用，解决了上述背景技术中提到的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种普鲁士蓝@介孔二氧化硅-全氟己烷纳米粒子材料，所述材料以介孔的二氧化硅包裹普鲁士蓝立方纳米粒子，再向介孔二氧化硅的介孔中负载相变材料全氟己烷，得到普鲁士蓝@介孔二氧化硅-全氟己烷纳米粒子材料，所述粒子材料为蓝色粉末状，呈立方形，粒子粒径为100～200nm，普鲁士蓝核为80～150nm，二氧化硅层为20～50nm，表面均匀布满介孔，且比表面积高达1086m2/g。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种普鲁士蓝@介孔二氧化硅-全氟己烷纳米粒子材料的制备方法，所述制备方法包括如下步骤：
S1、水热法制备普鲁士蓝纳米粒子：称取铁氰化钾和聚乙烯吡咯烷酮，均匀混合在盐酸中，室温下搅拌至澄清透明得亮黄色溶液，在高压反应容器中反应一段时间后呈深蓝色溶液，然后经过离心洗涤和干燥后得到普鲁士蓝纳米粒子；
S2、溶胶-凝胶法制备普鲁士蓝@介孔二氧化硅纳米粒子：将步骤S1得到的普鲁士蓝纳米粒子于乙醇溶液中分散均匀，再称取十六烷基三甲基溴化铵溶于水中在30～37℃搅拌10～30min，将二者混合均匀后加入正硅酸乙酯和氨水，在25～37℃下搅拌反应20～24h，然后经过离心、洗涤、萃取、烘干得到普鲁士蓝@介孔二氧化硅纳米粒子；
S3、真空灌注负载相变材料全氟己烷：取步骤S2制备的普鲁士蓝@介孔二氧化硅纳米粒子于样品容器中，样品容器连接滴液漏斗和真空泵，将样品容器中空气抽干后，在滴液漏斗中加入全氟己烷液体，通过控制滴液漏斗阀门和真空泵阀门来将全氟己烷负载到介孔孔洞中，得到普鲁士蓝@介孔二氧化硅-全氟己烷纳米粒子材料。
优选的，在步骤S1中，所述铁氰化钾、聚乙烯吡咯烷酮的摩尔比为30～100：1；所述盐酸浓度为0.1～2M；所述高压反应容器的温度为70～90℃，所述的反应一段时间具体是反应2～3h。
优选的，所述步骤S2中普鲁士蓝纳米粒子均匀分散具体是通过超声来实现，所述超声频率为30～40kHz，时间为10～30min。
优选的，所述步骤S2中普鲁士蓝、十六烷基三甲基溴化铵、正硅酸乙酯、氨水的质量体积比为1～5g：20～30g：120～150mL：10～20mL；所述普鲁士蓝、乙醇、水的质量体积比为1～10mg：100～125mL：10～25mL。
优选的，所述步骤2中，萃取所用为盐酸乙醇溶液，其中盐酸与乙醇的体积比为1:100～150，在温度为35～60℃磁力搅拌2～4h后离心洗涤，重复萃取三次后干燥得到普鲁士蓝@介孔二氧化硅-全氟己烷纳米粒子。
优选的，所述步骤S3中普鲁士蓝、全氟己烷的质量体积比为20mg：1～5mL。
优选的，所述步骤S3中，在加入全氟己烷液体后，打开真空泵阀门使得液体完全滴落到样品容器中，待压强达到0.85Mpa～0.95Mpa时，关闭真空泵阀门，打开滴液漏斗阀门，反复操作，直至液体完全负载到介孔中。
优选的，在步骤S2和步骤S3中，所述的离心洗涤包括用水和乙醇洗涤，所述离心的转速为10000～13000rpm。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种普鲁士蓝@介孔二氧化硅-全氟己烷纳米粒子材料在超声造影成像和肿瘤光热治疗中的应用。
本发明的有益效果是：
1)本发明所合成得纳米复合粒子呈立方形，粒径在100-200nm之间，为蓝色粉末状，可发挥普鲁士蓝的光热效应来杀伤肿瘤细胞，同时可利用全氟己烷的相变效应增强超声成像效果。
2)本发明所述的制备的兼具超声造影功能及肿瘤光热治疗功能的普鲁士蓝@介孔二氧化硅-全氟己烷纳米粒子具有良好的生物相容性，较大的比表面积(比表面积高达1086m2/g)，能够将光热肿瘤治疗和超声成像诊断结合起来，可用于癌症的诊疗一体化体系中。
2)本发明所使用的制备方法操作简单，成本低廉，并且所得超声造影剂生物安全性良好，稳定性高，超声成像和光热转换性能优良，并且实现了低毒性，高效治疗的效果，可作为理想的诊疗一体化造影剂，在肿瘤的治疗和成像诊断领域中具有良好的潜在应用价值，因而可用于肿瘤的诊疗一体化。
附图说明
图1为实施例1中普鲁士蓝@介孔二氧化硅-全氟己烷纳米粒子制备示意图；
图2为实施例1所制备的普鲁士蓝的扫描电子显微镜照片；
图3为实施例1所制备的普鲁士蓝@介孔二氧化硅纳米粒子的透射电子显微镜照片；
图4为普鲁士蓝@介孔二氧化硅纳米粒子的光热转换能力图；图4(a)为不同浓度(0、50、100、200、500、1000ppm)的PB@SiO2 NPs分散液在光照密度为1.5W/cm2的808激光照射10分钟的升温曲线，图4(b)为500ppm的PB@SiO2NPs在不同光照密度(0.5、1.0、1.5、2.0、2.5W/cm2)下照射10分钟的升温曲线；
图5为不同浓度的普鲁士蓝@介孔二氧化硅纳米粒子分别与L929细胞和4T1孵育24h的细胞活性图；
图6为不同浓度下PB@SiO2-PFH、PB@SiO2和PB的体外超声成像对比图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
液态氟碳是一种含氟脂肪类化合物，常温下为液态，稳定性好，而且易通过肺循环排泄或网状内皮系统，因此具有良好的生物安全性，比别的微泡造影剂具有更大的优势。液态氟碳还具有较高的气体溶解性，可以用来运输氧气，当被负载在纳米粒上后可以由超声或者激光来激发相变。目前在超声领域应用的比较多的是PFH(全氟己烷)和PFP(全氟戊烷)。PFP沸点低于人体温度，会在较低的温度下发生相变，因此在体内不稳定，但有文献说明将其负载纳米粒子制备成纳米体系后，相变温度会高于沸点。PFH沸点相对来说较高，比PFP更稳定，使其相变所需要的能量也更高，因而PFH纳米体系的相变温度会导致肿瘤区和周围的组织产生凝固性的坏死。本申请利用此特性将PFH与PB联合使用，利用PB的光热升温效应，一方面使得肿瘤细胞热死亡，二则会促进PFH的相变，液态氟碳被触发发生液-气相转变，随之会产生小气泡，小气泡随之融合变大，表面张力发生改变，声阻抗明显增加，散射信号增强从而来增效超声成像，因此，可以将PB和PFH组合起来用于肿瘤的光热治疗。
实施例1
一种兼具超声造影功能及肿瘤光热治疗的普鲁士蓝纳米粒(普鲁士蓝@介孔二氧化硅-全氟己烷纳米粒子)，制备过程如图1所示，水热法制备普鲁士蓝立方纳米粒子，然后通过溶胶-凝胶的方法在普鲁士蓝纳米粒子的表面包裹一层介孔的二氧化硅，再使用真空灌注的途径在介孔二氧化硅的介孔中负载相变材料全氟己烷，最后得到普鲁士蓝@介孔二氧化硅-全氟己烷纳米粒子材料。
上述普鲁士蓝@介孔二氧化硅-全氟己烷纳米粒子体系，制备骤如下：
步骤1、称取2.33g的聚乙烯吡咯烷酮(PVP,K30)，0.138g铁氰化钾(K3[Fe(CN)6])溶于40mL的2moL的盐酸中，在室温下磁力搅拌30分钟，直至呈澄清透明的亮黄色溶液。然后将溶液倒入高压反应釜中，将反应釜放入烘箱中80℃反应2h后溶液呈较浓的深蓝色溶液，然后用普鲁士蓝溶液和乙醇体积比为1:5来进行离心洗涤，离心转速为11000rpm，之后用蒸馏水洗一遍后放入冷冻干燥机中冻干，即制备出粒径约为150nm左右的普鲁士蓝纳米粒子。
步骤2、以十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)为模板剂，通过溶胶-凝胶的将介孔二氧化硅包覆在普鲁士蓝上。称取将0.8g CTAB加入450mL的蒸馏水中，35℃下搅拌30min至溶液澄清无泡沫，再加入4mg步骤1制备的PB NPs和75mL乙醇，用超声(频率为30～40kHz)分散20分钟之后分别滴加50μL氨水(25％)和500μL正硅酸乙酯(TEOS)，继续搅拌反应20h后离心收集沉淀，然后以溶液和乙醇体积比例为1:5的比例洗涤溶液。之后用盐酸和乙醇体积比为1:150的比例在35℃下水浴搅拌萃取3小时，重复萃取三次，最后一次用蒸馏水清洗后放入冷冻干燥机中冻干，制备成普鲁士蓝@介孔二氧化硅纳米粒子。
步骤3、通过真空灌注将全氟己烷负载到介孔中。称取4mg步骤2中制备的普鲁士蓝@介孔二氧化硅纳米粒子放入反应瓶中，反应瓶上部连滴液漏斗，右侧连接真空泵，先打开真空泵排除反应瓶和多空材料中的空气，再关闭真空泵阀门，然后在分液漏斗中加入500μL的全氟己烷液体(PFH)，微旋开滴液漏斗阀门使得PFH逐渐滴入反应瓶中，至PFH滴完，再打开真空泵阀门抽真空至0.9Mpa保持5s后关闭，打开滴液漏斗阀门1s即关闭，再打开真空泵阀门抽真空，反复几次至液体完全负载在介孔材料上即可结束。
为了证实普鲁士蓝和普鲁士蓝@介孔二氧化硅纳米粒子的制备成功，如图2为普鲁士蓝纳米粒子的扫描电子显微镜照片，图中纳米粒子呈立方形结构，粒径约为150nm左右，均一性良好。如图3为普鲁士蓝@介孔二氧化硅纳米粒子的透射电子显微镜照片，可以看出体系的核壳结构，说明二氧化硅成功包覆在普鲁士蓝纳米粒子上，且可以看出二氧化硅上呈柱状的介孔孔道，证明了普鲁士蓝@介孔二氧化硅纳米粒子的成功制备。
为了探究PB@SiO2的光热转换能力，首先，制备含有不同浓度的PB@SiO2(0、50、100、200、500、1000ppm)的分散液，超声30min使其完全分散，取0.5ml放入48孔板中，然后用808激光系统以1W/cm2的光照密度照射10分钟。另外将500ppm的分散液以不同光照密度(0.5、1.0、1.5、2.0、2.5W/cm2)各照射10分钟，随后观察记录分散液的升温情况。如图4可见，分散液的温度随着浓度和光照密度的增大而升高，在光照密度为1W/cm2时，浓度为1000ppm的PB@SiO2 NPs分散液照射10分钟后上升了42.5℃(23.3℃-65.8℃)，并且500ppm的分散液在2.5W/cm2的光照密度下照射10分钟后升高了49.5℃(25.7℃-75.2℃)，因此表明PB@SiO2NPs具有优良的光热转换能力。
取对数生长期的小鼠乳腺癌细胞4T1细胞和小鼠成纤维细胞接种到96孔板中，每孔加入100μL密度为1×104细胞悬液，每组设置6个复孔，培养过夜后吸除原培养基，加入100μL含有不同浓度的PB@SiO2 NPs(0，50，100，200，500，1000ppm)培养基，分别在培养箱中培养24小时，48小时。然后加入50μLMTT(3-(4,5-二甲基噻唑-2-基)-2,5-二苯基溴化四唑)溶液培养4小时，加入100μL的二甲亚砜(DMSO)溶解甲臜，最后用酶标仪在490nm处测量其吸光度，根据吸光度来计算细胞存活率。
验证不同浓度普鲁士蓝@介孔二氧化硅的体外细胞毒性评价，图5为不同浓度的普鲁士蓝@介孔二氧化硅与4T1细胞和L929培养24h的细胞存活率，可以看出在1000μg/mL的浓度范围内的细胞存活率均在85％以上，说明所制备的纳米粒子的生物相容性良好。
制备琼脂糖凝胶孔洞模型。将9g的琼脂糖和300mL的TAE缓冲液中，混合均匀后将其放入微波炉中加热，得到透明无气泡的凝胶后将其倒入模型中，放置到常温从模具中倒出备用。将不同浓度的(50，100，200，500，1000ppm)PB@SiO2-PFH，PB@SiO2，和PB加入至凝胶孔洞中，从侧面发射超声，同时使用超声成像仪记录超声图像和视频，探究不同浓度的溶液对超声成像的增强效果。
图6为不同浓度PB@SiO2-PFH，PB@SiO2，和PB的体外超声成像图片，在PBS(A1)和PBNPs(C1)-(C6)与PB@SiO2 NPs(B1)-(B6)的不同浓度的溶液的超声成像图片中，可以观察到灰度值较低，且并没有随着浓度的升高而发生改变。而在PB@SiO2-PFH NPs的超声图片中，观察到大量的气泡，并且气泡随溶液浓度的增加而增多，浓度越高，图片亮度越高，增强超声成像效果越明显，因此，可以说明PB@SiO2-PFH NPs在肿瘤的超声成像中具有光明的前景。
实施例2
一种兼具超声造影功能及肿瘤光热治疗功能的普鲁士蓝纳米粒，水热法制备普鲁士蓝立方纳米粒子，然后通过溶胶-凝胶的方法在普鲁士蓝纳米粒子的表面包裹一层介孔的二氧化硅，再使用真空灌注的途径在介孔二氧化硅的介孔中负载相变材料全氟己烷，最后得到普鲁士蓝@介孔二氧化硅-全氟己烷纳米粒子体系。
上述普鲁士蓝@介孔二氧化硅-全氟己烷纳米粒子体系，制备骤如下
步骤1、称取3.26g的聚乙烯吡咯烷酮(PVP,K30)，0.138g铁氰化钾(K3[Fe(CN)6])溶于40mL的2moL的盐酸中，在室温下磁力搅拌30分钟，直至呈澄清透明的亮黄色溶液。然后将溶液倒入高压反应釜中，将反应釜放入烘箱中80℃反应2h后溶液呈较浓的深蓝色溶液，然后用普鲁士蓝溶液和乙醇体积比为1:5来进行离心洗涤，离心转速为11000rpm，之后用蒸馏水洗一遍后放入冷冻干燥机中冻干，即制备出粒径约为170nm左右的普鲁士蓝纳米粒子。
步骤2、以十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)为模板剂，通过溶胶-凝胶的将介孔二氧化硅包覆在普鲁士蓝上。称取将1.0g CTAB加入450mL的蒸馏水中，35℃下搅拌30min至溶液澄清无泡沫，再加入8mg步骤1制备的PB NPs和75mL乙醇，用超声(频率为30～40kHz)分散20分钟之后分别滴加50μL氨水(25％)和500μL正硅酸乙酯(TEOS)，继续搅拌反应20h后离心收集沉淀，然后以溶液和乙醇体积比例为1:5的比例洗涤溶液。之后用盐酸和乙醇体积比为1：150的比例在35℃下水浴搅拌萃取3小时，重复萃取三次，最后一次用蒸馏水清洗后放入冷冻干燥机中冻干，制备成普鲁士蓝@介孔二氧化硅纳米粒子。
步骤3、通过真空灌注将全氟己烷负载到介孔中。称取4mg步骤2中制备的普鲁士蓝@介孔二氧化硅纳米粒子放入反应瓶中，反应瓶上部连滴液漏斗，右侧连接真空泵，先打开真空泵排除反应瓶和多空材料中的空气，再关闭真空泵阀门，然后在分液漏斗中加入400μL的全氟己烷液体(PFH)，微旋开滴液漏斗阀门使得PFH逐渐滴入反应瓶中，至PFH滴完，再打开真空泵阀门抽真空至0.9Mpa保持5s后关闭，打开滴液漏斗阀门1s即关闭，再打开真空泵阀门抽真空，反复几次至液体完全负载在介孔材料上即可结束。
实施例3
一种兼具超声造影功能及肿瘤光热治疗功能的普鲁士蓝纳米粒，水热法制备普鲁士蓝立方纳米粒子，然后通过溶胶-凝胶的方法在普鲁士蓝纳米粒子的表面包裹一层介孔的二氧化硅，再使用真空灌注的途径在介孔二氧化硅的介孔中负载相变材料全氟己烷，最后得到普鲁士蓝@介孔二氧化硅-全氟己烷纳米粒子体系。
上述普鲁士蓝@介孔二氧化硅-全氟己烷纳米粒子体系，制备骤如下
步骤1、称取4.65g的聚乙烯吡咯烷酮(PVP,K30)，0.138g铁氰化钾(K3[Fe(CN)6])溶于40mL的2moL的盐酸中，在室温下磁力搅拌30分钟，直至呈澄清透明的亮黄色溶液。然后将溶液倒入高压反应釜中，将反应釜放入烘箱中80℃反应2h后溶液呈较浓的深蓝色溶液，然后用普鲁士蓝溶液和乙醇体积比为1：5来进行离心洗涤，离心转速为11000rpm，之后用蒸馏水洗一遍后放入冷冻干燥机中冻干，即制备出普鲁士蓝纳米粒子。
步骤2、以十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)为模板剂，通过溶胶-凝胶的将介孔二氧化硅包覆在普鲁士蓝上。称取将1.0g CTAB加入405mL的蒸馏水中，35℃下搅拌30min至溶液澄清无泡沫，再加入12mg步骤1制备的PB NPs和100mL乙醇，用超声(频率为30～40kHz)分散20分钟之后分别滴加50μL氨水(25％)和500μL正硅酸乙酯(TEOS)，继续搅拌反应20h后离心收集沉淀，然后以溶液和乙醇体积比例为1:5的比例洗涤溶液。之后用盐酸和乙醇体积比为1：150的比例在35℃下水浴搅拌萃取3小时，重复萃取三次，最后一次用蒸馏水清洗后放入冷冻干燥机中冻干，制备成普鲁士蓝@介孔二氧化硅纳米粒子。
步骤3、通过真空灌注将全氟己烷负载到介孔中。称取4mg步骤2中制备的普鲁士蓝@介孔二氧化硅纳米粒子放入反应瓶中，反应瓶上部连滴液漏斗，右侧连接真空泵，先打开真空泵排除反应瓶和多空材料中的空气，再关闭真空泵阀门，然后在分液漏斗中加入800μL的全氟己烷液体(PFH)，微旋开滴液漏斗阀门使得PFH逐渐滴入反应瓶中，至PFH滴完，再打开真空泵阀门抽真空至0.9Mpa保持5s后关闭，打开滴液漏斗阀门1s即关闭，再打开真空泵阀门抽真空，反复几次至液体完全负载在介孔材料上即可结束。
实施例4
一种兼具超声造影功能及肿瘤光热治疗功能的普鲁士蓝纳米粒，水热法制备普鲁士蓝立方纳米粒子，然后通过溶胶-凝胶的方法在普鲁士蓝纳米粒子的表面包裹一层介孔的二氧化硅，再使用真空灌注的途径在介孔二氧化硅的介孔中负载相变材料全氟己烷，最后得到普鲁士蓝@介孔二氧化硅-全氟己烷纳米粒子体系。
上述普鲁士蓝@介孔二氧化硅-全氟己烷纳米粒子体系，制备骤如下
步骤1、称取2.33g的聚乙烯吡咯烷酮(PVP,K30)，0.138g铁氰化钾(K3[Fe(CN)6])溶于40mL的2moL的盐酸中，在室温下磁力搅拌30分钟，直至呈澄清透明的亮黄色溶液。然后将溶液倒入高压反应釜中，将反应釜放入烘箱中80℃反应2h后溶液呈较浓的深蓝色溶液，然后用普鲁士蓝溶液和乙醇体积比为1：5来进行离心洗涤，离心转速为11000rpm，之后用蒸馏水洗一遍后放入冷冻干燥机中冻干，即制备出粒径约为150nm左右的普鲁士蓝纳米粒子。
步骤2、以十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)为模板剂，通过溶胶-凝胶的将介孔二氧化硅包覆在普鲁士蓝上。称取将1.2g CTAB加入405mL的蒸馏水中，35℃下搅拌30min至溶液澄清无泡沫，再加入16mg步骤1制备的PB NPs和75mL乙醇，用超声(频率为30～40kHz)分散20分钟之后分别滴加50μL氨水(25％)和500μL正硅酸乙酯(TEOS)，继续搅拌反应20h后离心收集沉淀，然后以溶液和乙醇体积比例为1:5的比例洗涤溶液。之后用盐酸和乙醇体积比为1：150的比例在35℃下水浴搅拌萃取3小时，重复萃取三次，最后一次用蒸馏水清洗后放入冷冻干燥机中冻干，制备成普鲁士蓝@介孔二氧化硅纳米粒子。
步骤3、通过真空灌注将全氟己烷负载到介孔中。称取4mg步骤2中制备的普鲁士蓝@介孔二氧化硅纳米粒子放入反应瓶中，反应瓶上部连滴液漏斗，右侧连接真空泵，先打开真空泵排除反应瓶和多空材料中的空气，再关闭真空泵阀门，然后在分液漏斗中加入800μL的全氟己烷液体(PFH)，微旋开滴液漏斗阀门使得PFH逐渐滴入反应瓶中，至PFH滴完，再打开真空泵阀门抽真空至0.9Mpa保持5s后关闭，打开滴液漏斗阀门1s即关闭，再打开真空泵阀门抽真空，反复几次至液体完全负载在介孔材料上即可结束。
实施例5
一种兼具超声造影功能及肿瘤光热治疗功能的普鲁士蓝纳米粒，水热法制备普鲁士蓝立方纳米粒子，然后通过溶胶-凝胶的方法在普鲁士蓝纳米粒子的表面包裹一层介孔的二氧化硅，再使用真空灌注的途径在介孔二氧化硅的介孔中负载相变材料全氟己烷，最后得到普鲁士蓝@介孔二氧化硅-全氟己烷纳米粒子体系。
上述普鲁士蓝@介孔二氧化硅-全氟己烷纳米粒子体系，制备骤如下
步骤1、称取2.33g的聚乙烯吡咯烷酮(PVP,K30)，0.138g铁氰化钾(K3[Fe(CN)6])溶于40mL的2moL的盐酸中，在室温下磁力搅拌30分钟，直至呈澄清透明的亮黄色溶液。然后将溶液倒入高压反应釜中，将反应釜放入烘箱中80℃反应2h后溶液呈较浓的深蓝色溶液，然后用普鲁士蓝溶液和乙醇体积比为1：5来进行离心洗涤，离心转速为11000rpm，之后用蒸馏水洗一遍后放入冷冻干燥机中冻干，即制备出粒径约为150nm左右的普鲁士蓝纳米粒子。
步骤2、以十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)为模板剂，通过溶胶-凝胶的将介孔二氧化硅包覆在普鲁士蓝上。称取将0.8g CTAB加入405mL的蒸馏水中，35℃下搅拌30min至溶液澄清无泡沫，再加入4mg步骤1制备的PB NPs和75mL乙醇，用超声(频率为30～40kHz)分散20分钟之后分别滴加50μL氨水(25％)和500μL正硅酸乙酯(TEOS)，继续搅拌反应20h后离心收集沉淀，然后以溶液和乙醇体积比例为1:5的比例洗涤溶液。之后用盐酸和乙醇体积比为1：150的比例在35℃下水浴搅拌萃取3小时，重复萃取三次，最后一次用蒸馏水清洗后放入冷冻干燥机中冻干，制备成普鲁士蓝@介孔二氧化硅纳米粒子。
步骤3、通过真空灌注将全氟己烷负载到介孔中。称取4mg步骤2中制备的普鲁士蓝@介孔二氧化硅纳米粒子放入反应瓶中，反应瓶上部连滴液漏斗，右侧连接真空泵，先打开真空泵排除反应瓶和多空材料中的空气，再关闭真空泵阀门，然后在分液漏斗中加入500μL的全氟己烷液体(PFH)，微旋开滴液漏斗阀门使得PFH逐渐滴入反应瓶中，至PFH滴完，再打开真空泵阀门抽真空至0.9Mpa保持5s后关闭，打开滴液漏斗阀门1s即关闭，再打开真空泵阀门抽真空，反复几次至液体完全负载在介孔材料上即可结束。
尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换,凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种普鲁士蓝@介孔二氧化硅-全氟己烷纳米粒子材料，其特征在于，所述材料以介孔的二氧化硅包裹普鲁士蓝立方纳米粒子，再向介孔二氧化硅的介孔中负载相变材料全氟己烷，得到普鲁士蓝@介孔二氧化硅-全氟己烷纳米粒子材料，所述粒子材料为蓝色粉末状，呈立方形，粒子粒径为100～200nm，普鲁士蓝核为80～150nm，二氧化硅层为20～50nm，表面均匀布满介孔，且比表面积高达1086m2/g。
2.一种根据权利要求1所述普鲁士蓝@介孔二氧化硅-全氟己烷纳米粒子材料的制备方法，其特征在于：所述制备方法包括如下步骤：
S1、水热法制备普鲁士蓝纳米粒子：称取铁氰化钾和聚乙烯吡咯烷酮，均匀混合在盐酸中，室温下搅拌至澄清透明得亮黄色溶液，在高压反应容器中反应一段时间后呈深蓝色溶液，然后经过离心洗涤和干燥后得到普鲁士蓝纳米粒子；
S2、溶胶-凝胶法制备普鲁士蓝@介孔二氧化硅纳米粒子：将步骤S1得到的普鲁士蓝纳米粒子于乙醇溶液中分散均匀，再称取十六烷基三甲基溴化铵溶于水中在30～37℃搅拌10～30min，将二者混合均匀后加入正硅酸乙酯和氨水，在25～37℃下搅拌反应20～24h，然后经过离心、洗涤、萃取、烘干得到普鲁士蓝@介孔二氧化硅纳米粒子；
S3、真空灌注负载相变材料全氟己烷：取步骤S2制备的普鲁士蓝@介孔二氧化硅纳米粒子于样品容器中，样品容器连接滴液漏斗和真空泵，将样品容器中空气抽干后，在滴液漏斗中加入全氟己烷液体，通过控制滴液漏斗阀门和真空泵阀门来将全氟己烷负载到介孔孔洞中，得到普鲁士蓝@介孔二氧化硅-全氟己烷纳米粒子材料。
3.根据权利要求2所述普鲁士蓝@介孔二氧化硅-全氟己烷纳米粒子材料的制备方法，其特征在于：在步骤S1中，所述铁氰化钾、聚乙烯吡咯烷酮的摩尔比为30～100：1；所述盐酸浓度为0.1～2M；所述高压反应容器的温度为70～90℃，所述的反应一段时间具体是反应2～3h。
4.根据权利要求2所述普鲁士蓝@介孔二氧化硅-全氟己烷纳米粒子材料的制备方法，其特征在于：所述步骤S2中普鲁士蓝纳米粒子均匀分散具体是通过超声来实现，所述超声频率为30～40kHz，时间为10～30min。
5.根据权利要求2所述普鲁士蓝@介孔二氧化硅-全氟己烷纳米粒子材料的制备方法，其特征在于：所述步骤S2中普鲁士蓝、十六烷基三甲基溴化铵、正硅酸乙酯、氨水的质量体积比为1～5g：20～30g：120～150mL：10～20mL；所述普鲁士蓝、乙醇、水的质量体积比为1～10mg：100～125mL：10～25mL。
6.根据权利要求2所述普鲁士蓝@介孔二氧化硅-全氟己烷纳米粒子材料的制备方法，其特征在于：所述步骤2中，萃取所用为盐酸乙醇溶液，其中盐酸与乙醇的体积比为1:100～150，在温度为35～60℃磁力搅拌2～4h后离心洗涤，重复萃取三次后干燥得到普鲁士蓝@介孔二氧化硅-全氟己烷纳米粒子。
7.根据权利要求2所述普鲁士蓝@介孔二氧化硅-全氟己烷纳米粒子材料的制备方法，其特征在于：所述步骤S3中普鲁士蓝、全氟己烷的质量体积比为20mg：1～5mL。
8.根据权利要求2所述普鲁士蓝@介孔二氧化硅-全氟己烷纳米粒子材料的制备方法，其特征在于：所述步骤S3中，在加入全氟己烷液体后，打开真空泵阀门使得液体完全滴落到样品容器中，待压强达到0.85Mpa～0.95Mpa时，关闭真空泵阀门，打开滴液漏斗阀门，反复操作，直至液体完全负载到介孔中。
9.根据权利要求2所述普鲁士蓝@介孔二氧化硅-全氟己烷纳米粒子材料的制备方法，其特征在于：在步骤S2和步骤S3中，所述的离心洗涤包括用水和乙醇洗涤，所述离心的转速为10000～13000rpm。
10.一种如权利要求1所述的普鲁士蓝@介孔二氧化硅-全氟己烷纳米粒子材料或如权利要求2～9任一项所述制备方法制备的普鲁士蓝@介孔二氧化硅-全氟己烷纳米粒子材料在超声造影成像和肿瘤光热治疗中的应用。
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Cited By (1)
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| CN115227833A (zh) * | 2022-07-29 | 2022-10-25 | 西安交通大学医学院第一附属医院 | 一种氟化二氧化硅载药纳米粒及其制备方法、用途 |
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| CN108478541A (zh) * | 2018-03-30 | 2018-09-04 | 大连理工大学 | 一种中空的类普鲁士蓝和介孔二氧化硅复合纳米材料及其制备方法 |
| CN109675034A (zh) * | 2019-02-22 | 2019-04-26 | 重庆医科大学 | 一种多模态造影剂及其用途 |
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