一種光敏劑修飾的核殼結構磁性納米復合材料及其制備方法和應用的制作方法
【專利摘要】本發明屬于納米復合材料領域，特別涉及一種光敏劑修飾的核殼結構磁性納米復合材料及其制備方法和應用，本發明是通過溶劑熱法制備油溶性的四氧化三錳納米粒子，并對油溶性的四氧化三錳納米粒子進行水溶性改性，再通過溶膠凝膠法包覆介孔二氧化硅，并對其進行氨基功能化，使其表面具有大量的氨基可以結合光敏劑分子Ce6。所述納米材料的粒徑均一，粒徑在60nm左右，分散性好，具有優良的生物相容性、T1加權成像效果好，可應用于制備核磁共振造影劑；該復合材料可作為疏水藥物載體，載藥量大，而且其表面修飾的光敏劑分子Ce6，在632.8nm的激光激發下可以產生單線態氧，能有效殺死癌細胞，可用于光動力學治療。
【專利說明】一種光敏劑修飾的核殼結構磁性納米復合材料及其制備方法和應用
【技術領域】
[0001]本發明屬于納米復合材料領域，特別涉及一種光敏劑修飾的核殼結構磁性納米復合材料及其制備方法和應用。
【背景技術】
[0002]磁性納米材料由于其在納米尺度上的獨特磁學性質，已經在磁記錄、磁性探針等多個方面有了廣闊的應用。近年來，磁性納米粒子的應用已經擴展到醫學領域，如磁共振成像、生物分離和磁熱療等方面。由于其無創性和多層面的斷層功能，加上高空間分辨率，磁共振成像(MRI)技術是最重要的醫療診斷工具之一，在醫學診斷方面具有很多的功用。MRI技術能夠十分有效地顯示出軟組織的解剖學細節，而造影劑能夠使圖像更清楚，從而實現生理活動的實時觀察。
[0003]介孔二氧化硅納米材料是一種具有高比表面積、大孔容、形貌和尺寸可控的新型無機材料，近年來它在各領域的應用研究引起了廣泛關注。介孔二氧化硅納米材料自2001年首次報道作為藥物載體以來，該材料由于其靈活的合成方法、獨特的介孔結構、較高的比表面積、易于表面功能化、以及良好的生物相容性，在生物醫學領域特別是作為多功能藥物輸送載體裝載各種化學藥物、生物大分子、基因，以及用于復合磁性、熒光等性能制備多功能診療平臺等方面受到越來越多的關注。
[0004]光動力療法(Photodynamic Therapy, F1DT)是利用光動力效應進行疾病診斷和治療的一種新技術。其作用基礎是光動力效應。這是一種有氧分子參與的伴隨生物效應的光敏化反應。其過程是，用特定波長的激光照射使組織吸收的光敏劑受到激發，激發態的光敏劑把能量傳遞給周圍的氧，生成活性很強的單態氧，單態氧使相鄰的生物大分子發生氧化反應，產生細胞毒性作用，從而導致細胞受損乃至死亡。到目前為止，已有多個醫院在臨床上采用光動力療法對腫瘤進行診斷和治療。

【發明內容】

[0005]本發明的目的是提供一種光敏劑修飾的核殼結構磁性納米復合材料，該復合材料是在Mn3O4表面包覆介孔二氧化硅，并修飾光敏劑二氫卟吩e6 (Ce6)，該材料的粒徑為60nm左右且粒徑均勻，分散性好，具有優良的生物相容性，載藥量大，T1加權成像效果好，可應用于制備核磁共振造影劑、藥物載體及光動力治療中。
[0006]本發明的另一個目的是提供上述光敏劑修飾的核殼結構磁性納米復合材料的制備方法。
[0007]本發明的目的可以通過以下技術方案來實現:
[0008]—種光敏劑修飾的核殼結構磁性納米復合材料，其特征在于:所述復合材料以Mn3O4納米粒子為核，核的粒徑為13-17nm，以介孔二氧化硅為殼，殼的厚度為18_22nm，并在殼的表面修飾光敏劑Ce6。[0009]上述光敏劑修飾的核殼結構磁性納米復合材料的制備方法，其步驟包括:
[0010](I)在油胺中滴加Mn(NO3)2溶液，邊滴加邊攪拌，然后在150°C _250°C條件下保持8-13小時，冷卻、取沉淀物并洗滌，得到油溶性Mn3O4納米粒子，并保存在有機溶劑中。優選的所述有機溶劑為氯仿。
[0011](2)將步驟(1)中的油溶性Mn3O4納米粒子滴加入十六烷基三甲基溴化銨水溶液中，攪拌2-3小時，加熱至50°C _70°C，保持5-15分鐘，蒸干有機溶劑。
[0012](3)將步驟(2)中的含有水溶性Mn3O4納米粒子的溶液在50_70°C條件下，pH值調節至8-9，分別加入正硅酸四乙酯和乙酸乙酯，然后再加入3-氨基丙基-三乙氧基硅烷，保持反應液溫度至50°C -70°C，攪拌10-24小時，冷卻、洗滌，分散于乙醇中，得到表面包覆有介孔二氧化硅的Mn3O4納米粒子的乙醇分散液。
[0013](4)將步驟(3)中的乙醇分散液中加入含有硝酸銨的乙醇溶液中，加熱至550C -65°C，攪拌1-3小時，冷卻、離心洗滌，并重復2-3次；
[0014](5)將EDC、N_羥基丁二酰亞胺溶于二甲基亞砜中，加入Ce6，0.5-1小時后再加入步驟(4)中的納米粒子，避光反應10-24小時，離心洗滌即可。為了去除納米材料吸附的物質，可將離心得到的納米材料密封在透析袋中，放在PBS溶液中透析72小時。
[0015]所述步驟(1)中， 油胺和Mn元素的用量比為lmL:0.l_0.6mmol。
[0016]所述步驟(2)中，Mn3O4與十六烷基三甲基溴化銨的加入配比為lmmol:2_4g。
[0017]所述步驟(3)中，Mn3O4、正硅酸四乙酯、乙酸乙酯及3-氨基丙基-三乙氧基硅烷的加入配比為 lmmol:4-8mL:25-40mL:0.5_3mL ；Mn3O4 與乙醇的用量比為 lmmol:120_170mL。
[0018]所述步驟(4)中，Mn3O4和硝酸銨的用量比為lmmol:200-250mg ;所述含有硝酸銨的乙醇溶液中，硝酸銨與乙醇的用量比為0.3-0.8mg/mL。
[0019]所述步驟(5)中，1-乙基-(3- 二甲基氨基丙基)碳酰二亞胺鹽酸、N-羥基丁二酰亞胺、Ce6 與二甲基亞砜的用量比為 Img:0.5_3mg:0.01-0.2mg:0.1-0.5mL ;Ce6 與 Mn3O4 的加入配比為 Img:0.003-0.03molο
[0020]上述光敏劑修飾的核殼結構磁性納米復合材料可以應用在制備核磁共振造影劑中。
[0021]上述光敏劑修飾的核殼結構磁性納米復合材料可以應用在藥物載體中。優選的，該藥物為疏水藥物姜黃素。
[0022]上述光敏劑修飾的核殼結構磁性納米復合材料可以應用在光動力療法治療腫瘤中的光敏劑的制備中。
[0023]本發明是通過溶劑熱法制備油溶性的四氧化三錳納米粒子，并對油溶性的四氧化三錳納米粒子進行水溶性改性，再通過溶膠凝膠法包覆介孔二氧化硅，其表面有大量的氨基可以結合光敏劑分子Ce6，在介孔二氧化硅的孔道中可以負載疏水藥物姜黃素，從而實現了核磁造影、光動力治療、藥物釋放及其協同作用的多功能診斷與治療的結合。
[0024]與現有技術相比，本發明的有益效果在于:
[0025]1、所述光敏劑修飾的核殼結構磁性納米復合材料以Mn3O4納米粒子為核、以介孔二氧化硅為殼，并在殼的表面修飾光敏劑Ce6，該納米材料的粒徑均一，粒徑在60nm左右，分散性好，具有優良的生物相容性、T1加權成像效果好，可應用于制備核磁共振造影劑。
[0026]2、所述光敏劑修飾的核殼結構磁性納米復合材料的介孔二氧化硅可作為藥物載體，能荷載姜黃素，使得不溶于水而很難進入細胞的姜黃素，可以很容易進入細胞，載藥量大，載藥量最大可達到lmg/mg，即每毫克的材料可以荷載Img的姜黃素。
[0027]3、所述光敏劑修飾的核殼結構磁性納米復合材料的表面修飾光敏劑分子Ce6，在632.Snm的激光激發下可以產生單線態氧，能有效殺死癌細胞，可用于光動力學治療。
[0028]4、本發明的制備工藝簡單、反應溫和、綠色環保。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0029]圖1是實施例1中制得的Mn3O4納米粒子、表面包覆介孔二氧化硅的Mn3O4納米材料(簡稱Mn3O4OmSiO2)和標準卡片的廣角XRD對比圖。
[0030]圖2是實施例1中制得的Mn3O4OmSiO2的TEM圖。
[0031 ] 圖3是實施例1中制得的Mn3O4OmSiO2的N2吸脫附曲線。
[0032]圖 4 是實施例1 中制得的 Mn3O4OmSiO2, Mn3O4OmSiO2-NH2 以及 Mn3O4OmSi02_Ce6 的Zeta電位的變化圖。
[0033]圖5是實施例1中制得的Mn304@mSi02-Ce6和Mn3O4OmSiO2的紫外吸收光譜對比圖。
[0034]圖6是實施例1中制得的Mn304@mSi02-Ce6的荷載姜黃素前后的上清液紫外線吸收對比圖。
[0035]圖7是實施例1中制得的Mn304@mSi02-Ce6的荷載姜黃素的藥物濃度和載藥量的關系圖。
[0036]圖8是實施例1中制得的Mn3O4OmSi02_Ce6的單線態氧的檢測對比圖。
[0037]圖9是實施例1中制得的Mn3O4OmSi02_Ce6的T1核磁成像圖。
[0038]圖10是HeLa細胞的光動力治療效果對比圖。
【具體實施方式】
[0039]下面結合實施例，對本發明作進一步說明:
[0040]實施例1
[0041](I)在容量為IOmL的聚四氟乙烯內村的反應釜中，加入9mL的油胺，取ImL的Mn (NO3) 2水溶液(質量濃度為50%)逐滴加入油胺中，邊滴加邊攪拌，隨后將反應釜密封置于200°C氛圍中反應10h，冷卻至室溫后倒出上層液體，得到沉在反應釜底部的產物。用乙醇洗滌產物2~3次，制得油溶性Mn3O4納米粒子并置于氯仿(CHCl3)中保存。
[0042](2)稱取400mg的十六烷基三甲基溴化銨(0^8)，溶于201^ H2O中，制得十六烷基三甲基溴化銨水溶液，將步驟(1)中的含有Mn3O4納米粒子的CHCl3溶液ImL (濃度為30mg/mL)，滴加至十六烷基三甲基溴化銨水溶液中，攪拌2-3小時，然后加熱至60°C，維持10分鐘，蒸干CHCl3,得到黃色透明溶液，即為水溶性Mn3O4納米粒子溶液。
[0043](3)在250mL三頸燒瓶中加入80mL水，再加入200 μ L2mol/L的NaOH溶液，攪拌均勻，加熱至60°C ;將步驟(2)中的水溶性Mn3O4納米粒子溶液通過450nm的濾膜滴加到上述NaOH溶液中，將水溶性Mn3O4納米粒子溶液的pH值調節至8_9 ;然后分別滴加0.8mL的正硅酸四乙酯、4.0mL的乙酸乙酯，IOmin后加0.2mL的3-氨基丙基-三乙氧基硅烷(APS)，維持60°C，攪拌過夜。將其自然冷卻至室溫，通過離心洗滌數次，得到表面包覆有介孔二氧化硅的Mn3O4納米材料，最后分散于20mL乙醇中，備用。[0044](4)稱取30mg硝酸銨溶于50mL無水乙醇中，然后將步驟(3)中的乙醇分散液加入其中，加熱至60°C，攪拌2h。自然冷卻至室溫，離心洗滌數次。重復2-3遍，更好地去除模板劑CTAB。[0045](5)稱取38mg 1-乙基_(3_ 二甲基氨基丙基)碳酰二亞胺鹽酸(EDC)、58mgN_羥基丁二酰亞胺(NHS)溶于IOmL的二甲基亞砜(DMSO)中，然后加入3mg Ce6,半個小時后加入20mg步驟(4)中的納米粒子(納米粒子中的Mn3O4實際含量為5_6mg),避光反應12h。反應完成后，高速離心洗滌數次，轉速為16000r/min。為了去除納米材料表面吸附的物質，將產物密封在透析袋中，放在PBS溶液中透析72h即可。
[0046]通過圖1和圖2可以說明制備的納米粒子為Mn3O4納米粒子。從圖1中可以看出制備的油溶性Mn3O4納米粒子的XRD與標準卡片相吻合。表面包覆二氧化硅的Mn3O4納米材料(簡稱Mn3O4OmSiO2)的XRD圖有無定形二氧化娃的峰出現。
[0047]從圖2可以看到，合成的Mn3O4OmSiO2納米材料的粒徑均勻，以Mn3O4為核，該核的尺寸是15 ±2nm，介孔氧化硅殼的厚度是20nm左右。
[0048]從圖3可以看出Mn3O4OmSiO2納米材料所測得N2吸脫附曲線，其比表面積是467.5m2/g,孔徑的大小為2.5nm。
[0049]從圖4可以看到表面包覆二氧化娃的Mn3O4納米材料(Mn3O4OmSiO2),氨基功能化的表面包覆二氧化硅的Mn3O4納米材料(簡稱Mn3O4OmSiO2-NH2)以及介孔二氧化硅表面連接有光敏劑Ce6的Mn3O4納米材料(簡稱Mn3O4OmSi02_Ce6)的Zeta電位的變化從_20mV、3ImV, -35mV的變化，反映了納米粒子表面基團的變化；圖5是Mn3O4OmSi02_Ce6和Mn3O4OHiSiO2的紫外吸收光譜對比圖，從圖中可看出，接入Ce6后，紫外吸收強度顯著增加。
[0050]實施例2
[0051]分別稱取5mg實施例1中制得的光敏劑修飾的核殼結構磁性納米復合材料，加入到濃度依次為50-2000 μ g/mL的姜黃素溶液中，攪拌24小時進行藥物的裝載，反應后用PBS洗滌離心，密封保存。
[0052]從圖6中可看出，載完后的上清液的紫外吸收強度比載藥前的上清液的紫外線吸收強度變小，說明藥物被裝載于材料中，從圖7中可以看出，載藥量最大可達到lmg/mg，每毫克的材料可以荷載Img的姜黃素。
[0053]實施例3
[0054]將20ymol/L的9，10 二甲基蒽(DMA)，加入200 μ L的實施例1中制得的光敏劑修飾的核殼結構磁性納米復合材料中，即Mn3O4OmSi02-Ce6納米材料,在632.8nm激光照射,每IOmin檢測一次突光,突光激發波長是360nm,發射波長是380_550nm,循環檢測Ih,檢測單線態氧。
[0055]從圖8可以看出DMA的熒光強度下降趨勢呈現規律性變化，說明Ce6在632.Snm激發下可以產生單線態氧。
[0056]實施例4
[0057]將實施例1中制得的復合納米材料配置成IO組不同濃度的Mn3O4OmS i02_Ce6溶液，在0.5T的核磁共振儀檢測，結果如圖9所示，得到T1弛豫值為0.通過ICP測得Mn 的含量是 0.0990-1.3095mmol/L。
[0058]實施例5[0059]為了檢測實施例1中制得的復合納米材料的細胞治療效果，對HeLa細胞的實驗分為:空白組、空白組+激光25分鐘、Mn3O4OmSi02-Ce6組、Mn3O4OmSi02_Ce6+激光15分鐘、Mn3O4OmSi02-Ce6+ 姜黃素、Mn3O4OmSi02_Ce6+ 姜黃素 + 激光 15 分鐘、Mn3O4OmSi02_Ce6+ 姜黃素+激光25分鐘，實驗中的激光為632.8nm的激光，結果發現細胞存活率依次為101%，98.5%，98%，70%, 60%, 35%，說明:光動力治療中，復合納米材料在激光的作用下，產生的單線態氧能夠有效的殺死HeLa細胞，同時姜黃素作為一種抗癌藥物，二者的協同作用能夠更加有效地對癌細胞有 治療作用。
【權利要求】
1.一種光敏劑修飾的核殼結構磁性納米復合材料，其特征在于:所述復合材料以Mn3O4納米粒子為核，核的粒徑為13_17nm，以介孔二氧化硅為殼，殼的厚度為18_22nm，并在殼的表面修飾光敏劑Ce6。
2.權利要求1所述的光敏劑修飾的核殼結構磁性納米復合材料的制備方法，其步驟包括: (1)在油胺中滴加Mn(NO3)2溶液，邊滴加邊攪拌，然后在150°C _250°C條件下保持8_13小時，冷卻、取沉淀物并洗滌，得到油溶性Mn3O4納米粒子，并保存在有機溶劑中； (2)將步驟(1)中的油溶性Mn3O4納米粒子滴加入十六烷基三甲基溴化銨水溶液中，攪拌2-3小時，加熱至50°C _70°C，保持5-15分鐘，蒸干有機溶劑； (3)將步驟(2)中的含有水溶性Mn3O4納米粒子的溶液在50-70°C條件下，pH值調節至8-9，分別加入正硅酸四乙酯和乙酸乙酯，然后再加入3-氨基丙基-三乙氧基硅烷，保持反應液溫度至50°C -70°C，攪拌10-24小時，冷卻、洗滌，分散于乙醇中，得到表面包覆有介孔二氧化硅的Mn3O4納米粒子的乙醇分散液； (4)將步驟(3)中的乙醇分散液中加入含有硝酸銨的乙醇溶液中，加熱至55°C-65°C,攪拌1-3小時，冷卻、離心洗滌，并重復2-3次； (5)將1-乙基-(3-二甲基氨基丙基)碳酰二亞胺鹽酸、N-羥基丁二酰亞胺溶于二甲基亞砜中，加入Ce6，0.5-1小時后再加入步驟(4)中的納米粒子，避光反應10-24小時，離心洗滌即可。
3.根據權利要求2所述 的光敏劑修飾的核殼結構磁性納米復合材料的制備方法，其特征在于:所述步驟(1)中，油胺和Mn元素的用量比為ImL:0.1-0.6mmol。
4.根據權利要求2所述的光敏劑修飾的核殼結構磁性納米復合材料的制備方法，其特征在于:所述步驟(2)中，Mn3O4與十六烷基三甲基溴化銨的加入配比為lmmol:2_4g。
5.根據權利要求2所述的光敏劑修飾的核殼結構磁性納米復合材料的制備方法，其特征在于:所述步驟(3)中，Mn3O4、正硅酸四乙酯、乙酸乙酯及3-氨基丙基-三乙氧基硅烷的加入配比為 lmmol:4-8mL:25-40mL:0.5_3mL ；Mn3O4 與乙醇的用量比為 lmmol:120_170mL。
6.根據權利要求2所述的光敏劑修飾的核殼結構磁性納米復合材料的制備方法，其特征在于:所述步驟(4)中，Mn3O4和硝酸銨的用量比為lmmol:200-250mg ;所述含有硝酸銨的乙醇溶液中，硝酸銨與乙醇的用量比為0.3-0.8mg/mL。
7.根據權利要求2所述的光敏劑修飾的核殼結構磁性納米復合材料的制備方法，其特征在于:所述步驟(5)中，1-乙基-(3- 二甲基氨基丙基)碳酰二亞胺鹽酸、N-羥基丁二酰亞胺、Ce6 與二甲基亞砜的用量比為 Img:0.5_3mg:0.01-0.2mg:0.1-0.5mL ;Ce6 與 Mn3O4 的加入配比為 Img:0.003-0.03molο
8.權利要求1所述的光敏劑修飾的核殼結構磁性納米復合材料在制備核磁共振造影劑中的應用。
9.權利要求1所述的光敏劑修飾的核殼結構磁性納米復合材料在藥物載體中的應用。
10.權利要求1所述的光敏劑修飾的核殼結構磁性納米復合材料在制備光動力療法治療腫瘤中的光敏劑中的應用。
【文檔編號】A61P35/00GK103536935SQ201310368539
【公開日】2014年1月29日 申請日期:2013年11月26日 優先權日:2013年11月26日
【發明者】吳惠霞, 湯才志, 楊昕儀, 于超, 楊仕平 申請人:上海師范大學