本發(fā)明涉及一種光熱復(fù)合納米材料及其制備方法與應(yīng)用，屬于納米材料制備領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

光熱治療法是利用具有較高光熱轉(zhuǎn)換效率的材料，將其注射入機(jī)體內(nèi)部，利用靶向性識(shí)別技術(shù)聚集在腫瘤組織附近，并在外部光源(一般是近紅外光)的照射下將光能轉(zhuǎn)化為熱能來(lái)殺死癌細(xì)胞的一種治療方法。

光熱治療的優(yōu)點(diǎn)主要有：一、減少患者所經(jīng)受的疼痛；二、治療時(shí)間短(大約幾分鐘)，治療效果明顯；三、材料無(wú)毒無(wú)害，對(duì)人體副作用小。光熱治療的主要缺點(diǎn)是由于激光的透射能力畢竟有限，所以無(wú)法入射到生物體的深層，以致缺乏對(duì)于內(nèi)部腫瘤的嚴(yán)厲治療手段。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提供一種光熱復(fù)合納米材料及其制備方法與應(yīng)用。本發(fā)明具有較高的靶向性，并能提高腫瘤細(xì)胞對(duì)熱損傷的敏感度，使得在較低的溫度下能殺死腫瘤細(xì)胞，以提高深部腫瘤光熱治療效果。

本發(fā)明提供的光熱復(fù)合納米材料，它由光熱轉(zhuǎn)換納米材料、包覆在所述光熱轉(zhuǎn)換納米材料上的凝膠和負(fù)載在所述凝膠里面和/或表面的熱休克蛋白干擾劑組成。

上述光熱復(fù)合納米材料中，所述光熱轉(zhuǎn)換納米材料、所述凝膠與所述熱休克蛋白干擾劑的質(zhì)量比可為1：1～10：0.5～1.5。

本發(fā)明中，所述光熱復(fù)合納米材料具體可為質(zhì)量比為1：3：0.8的所述光熱轉(zhuǎn)換納米材料、所述凝膠與所述熱休克蛋白干擾劑組成。

上述光熱復(fù)合納米材料中，所述光熱轉(zhuǎn)換納米材料為有機(jī)化合物納米材料、碳納米材料、貴金屬納米材料、半導(dǎo)體納米材料和小分子材料中的至少一種；

所述光熱轉(zhuǎn)換納米材料的直徑可為1～300nm，具體可為10nm、20nm、30nm或10～30nm；

所述凝膠為明膠、水凝膠和微凝膠中的至少一種，具體可為PNIPAM微凝膠；

所述熱休克蛋白干擾劑為2-苯基乙炔磺酰胺(英文名稱(chēng)2-phenylethynesulfonamide，簡(jiǎn)稱(chēng)PES)、MKT-077(英文名稱(chēng)1-Ethyl-2-[[3-ethyl-5-(3-methyl-2(3H)-benzothiazolylidene)-4-oxo-2-thiazolidinylidene]methyl]-pyridinium chloride)、噻吩-2-酰胺、格爾德霉素、17-DMAG(英文名稱(chēng) Alvespimycin)、17-AAG(英文名稱(chēng)Tanespimycin)、根赤殼菌素和干擾RNA(簡(jiǎn)稱(chēng)RNAi)等中的至少一種。

上述光熱復(fù)合納米材料中，所述有機(jī)化合物納米材料為聚苯胺和/或聚乙撐二氧噻吩(簡(jiǎn)稱(chēng)PEDOT)；

所述碳納米材料為碳納米管、石墨烯和碳點(diǎn)中的至少一種；

所述貴金屬納米材料為納米金和/或納米鈀；

所述半導(dǎo)體納米材料為CuS和/或WO_2.9；

所述小分子材料為吲哚菁綠(簡(jiǎn)稱(chēng)ICG)和/或cypate；

所述小分子材料的分子量可為100～10000，具體可為774.9628。

本發(fā)明還提供了所述光熱復(fù)合納米材料的制備方法，包括如下步驟：1)將所述光熱轉(zhuǎn)換納米材料包覆在所述凝膠內(nèi)，得到包覆所述光熱轉(zhuǎn)換納米材料的所述凝膠；

2)將步驟1)中包覆所述光熱轉(zhuǎn)換納米材料的所述凝膠與所述熱休克蛋白干擾劑混合，吸附，然后離心分離，即得到所述光熱復(fù)合納米材料。

上述的方法中，步驟1)中，在制備所述凝膠的過(guò)程中包覆光熱轉(zhuǎn)換納米材料或在制備完所述凝膠之后將所述光熱轉(zhuǎn)換納米材料負(fù)載進(jìn)凝膠里面和/或表面；

所述包覆的條件：溫度可為60～100℃，具體可為70℃；時(shí)間可為3～8小時(shí)，具體可為4小時(shí)；

步驟2)中，所述吸附的溫度可為15～25℃，具體可為25℃，所述吸附的時(shí)間可為10～24小時(shí)，具體可為12小時(shí)。

本發(fā)明進(jìn)一步提供了所述光熱復(fù)合納米材料在制備抗癌癥藥物、抗腫瘤藥物和/或光熱治療材料中的應(yīng)用。

上述的應(yīng)用中，所述癌癥為乳腺癌、皮膚癌、淺表脂肪瘤和/或黑色素瘤；

所述抗癌癥藥物、所述抗腫瘤藥物和/或所述光熱治療材料在應(yīng)用時(shí)，采用近紅外光照射；

所述近紅外光的波長(zhǎng)可為785～808nm，具體可為785nm或808nm。

本發(fā)明還提供了一種藥物，該藥物的活性成分為所述光熱復(fù)合納米材料。

上述的藥物中，所述藥物的劑型為注射劑。

本發(fā)明中，所述藥物的劑型為注射劑時(shí)，注射劑采用的溶劑為本領(lǐng)域中動(dòng)物或人體可接受的溶劑。

本發(fā)明用于治療癌癥和/或腫瘤的方法具體為將本發(fā)明光熱復(fù)合納米材料制成注射劑型，然后注射入機(jī)體內(nèi)部，采用靶向性識(shí)別技術(shù)使其聚集在癌細(xì)胞和/或腫瘤細(xì)胞組織附近，在外部光源(具體為紅外光)照射的條件下，光熱復(fù)合納米材料將光能轉(zhuǎn)換成熱能，能殺死深部癌細(xì)胞和/或腫瘤細(xì)胞。

本發(fā)明具有以下有益效果：

本發(fā)明光熱復(fù)合納米材料具有較高的靶向性，采用熱休克蛋白干擾劑復(fù)合能提高腫瘤細(xì)胞對(duì)熱損傷的敏感度，使得在較低的溫度下能殺死癌細(xì)胞和/或腫瘤細(xì)胞，以提高深部癌細(xì)胞和/或腫瘤細(xì)胞的光熱治療效果。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明實(shí)施例1中的PEDOT的透射電鏡照片。

圖2為本發(fā)明實(shí)施例1中的包裹PEDOT的PNIPAM微凝膠的掃描電鏡照片。

圖3為本發(fā)明實(shí)施例1中的PNIPAM-PEDOT光熱成像圖片。

圖4為本發(fā)明實(shí)施例1中PNIPAM-PEDOT微凝膠溫度隨近紅外光照射時(shí)間變化圖像。

圖5為本發(fā)明實(shí)施例1中PNIPAM-PEDOT-PES微凝膠用于載瘤小鼠腫瘤治療效果圖像

圖6為本發(fā)明實(shí)施例2中的納米金棒的透射電鏡照片。

圖7為本發(fā)明實(shí)施例2中的PNIPAM-Au-PES的光熱成像圖片。

圖8為本發(fā)明實(shí)施例2中PNIPAM-Au-PES微凝膠溫度隨近紅外光照射時(shí)間變化圖像。

圖9為本發(fā)明實(shí)施例3中的PNIPAM-ICG-PES的掃描電鏡照片。

圖10為本發(fā)明實(shí)施例3中的PNIPAM-ICG-PES光熱成像圖片。

圖11為本發(fā)明實(shí)施例3中PNIPAM-ICG-PES微凝膠溫度隨近紅外光照射時(shí)間變化圖像。

具體實(shí)施方式

下述實(shí)施例中所使用的實(shí)驗(yàn)方法如無(wú)特殊說(shuō)明，均為常規(guī)方法。

下述實(shí)施例中所用的材料、試劑等，如無(wú)特殊說(shuō)明，均可從商業(yè)途徑得到。

實(shí)施例1、

光熱轉(zhuǎn)換納米材料PEDOT是按照下述方制備得到的：首先，將20mg十二烷基苯磺酸鈉、10mL去離子水、10mL甲醇、10mL硫酸(0.2M)加入到100mL的錐形瓶中混合均勻，攪拌得到微乳；再加入50μL 3,4-乙烯二氧噻吩(EDOT)單體，超聲分散10分鐘，攪拌20分鐘。然后加入與EDOT單體等摩爾的FeCl₃·6H₂O水溶液，攪拌2小時(shí)。之后，將混合溶液轉(zhuǎn)移到50mL水熱反應(yīng)釜，140℃水熱處理5小時(shí)。反應(yīng)結(jié)束后，自然冷卻至室溫，然后加入適量的甲醇，離心分離，去掉上清液；向固 體中加入適量甲醇后超聲分散，再離心分離；重復(fù)以上步驟，繼續(xù)用甲醇洗滌幾次后，即可得到PEDOT光熱轉(zhuǎn)換納米材料。將洗滌后的PEDOT固體中加入比其略多的聚苯乙烯磺酸鈉鹽，加水溶解，超聲分散均勻后攪拌12小時(shí)，離心得到水溶性PEDOT固體，將其溶于5mL水中備用。水溶性PEDOT固體的電鏡照片如圖1所示，水溶性PEDOT納米顆粒直徑約為20nm。

包覆PEDOT的溫度敏感的PNIPAM微凝膠(PNIPAM-PEDOT)是按照下述方法制備得到的：將1mL上述PEDOT水溶液稀釋至2.5mL轉(zhuǎn)移入圓底燒瓶中，然后向其中加入6mL100mM N-異丙基丙烯酰胺(NIPAM)，0.67mL 100mM丙烯酸(AA)，1.2mL 50mM N,N′-五甲基雙丙烯酰胺(MBA)，100μL 100mM十二烷基磺酸鈉(SDS)，在70℃，氮?dú)獗Ｗo(hù)下攪拌30分鐘。之后向其中迅速加入2.7mg過(guò)硫酸鉀，70℃反應(yīng)4小時(shí)。反應(yīng)結(jié)束后，自然冷卻至室溫，然后加入適量的去離子水，離心分離，去掉上清液；向固體中加入適量去離子水后超聲分散，再離心分離；重復(fù)以上步驟，繼續(xù)用去離子水洗滌幾次后，即可得到包覆凝膠的光熱轉(zhuǎn)換納米材料(簡(jiǎn)稱(chēng)PNIPAM-PEDOT微凝膠)。

本發(fā)明光熱復(fù)合納米材料，即包覆PES的PNIPAM-PEDOT微凝膠(簡(jiǎn)稱(chēng)PNIPAM-PEDOT-PES)是按照下述方法制備得到的：將2.5mL的PES水溶液(1.7mg/mL)和5mL PNIPAM-PEDOT微凝膠(2mg/mL)，10mL磷酸緩沖溶液(PBS)，室溫(25℃)下攪拌12小時(shí)，離心分離將所的固體稀釋至15mL備用。本發(fā)明中，光熱復(fù)合納米材料具體可為質(zhì)量比為1：3：0.8的PEDOT、PNIAPM微凝膠與PES組成。本發(fā)明PNIPAM-PEDOT-PES的電鏡照片如圖2所示，PNIPAM-PEDOT-PES直徑約為230nm。

將上述得到的本發(fā)明PNIPAM-PEDOT-PES光熱納米材料溶于去離子水，形成2mg/mL溶液，在808nm的近紅外光(0.9W)照射下，用熱成像儀記錄PNIPAM-PEDOT溶液隨時(shí)間的溫度升高情況。PNIPAM-PEDOT溶液的在808nm近紅外光(0.9W)照射下的光熱圖像隨時(shí)間的變化如圖3所示，PNIPAM-PEDOT溶液溫度隨時(shí)間的變化情況如圖4所示，可見(jiàn)PNIPAM-PEDOT溶液在近紅外光照射下溫度隨時(shí)間增加。

將HCT116細(xì)胞接種到裸鼠身上，待腫瘤長(zhǎng)大至一定程度，分別將PNIPAM-PEDOT-PES(1mg/mL)、PNIPAM-PEDOT(1mg/mL)注射入尾靜脈，30分鐘之后分別用近紅外光(0.9W)照射6分鐘，17天之后，注射PNIPAM-PEDOT-PES(1mg/mL)的小鼠腫瘤得到較好抑制，小鼠腫瘤體積的變化如圖5所示，說(shuō)明注射本發(fā)明PNIPAM-PEDOT-PES的小鼠體內(nèi)腫瘤治療效果良好，本發(fā)明PNIPAM-PEDOT-PES使光熱治療深部腫瘤的體積提高了130mm³，治療深度提高了4.2％。

實(shí)施例2、

光熱轉(zhuǎn)換納米材料金納米棒(Au)是按照下述方制備得到的：

1、納米金種子的制備:0.25mL 0.01M HAuCl₄·3H₂O溶液加入到7.5mL 0.10M十六烷基三甲基溴化銨(CTAB)溶液，反向溫和攪拌至溶液顏色呈明亮的棕黃色。然后一次性加入0.6mL 0.01M冰冷的NaBH₄溶液并攪拌2min至溶液顏色呈淡棕黃色。上述溶液置于25℃水浴備用。

2、納米金棒的制備：4.75mL 0.10M CTAB,0.2mL 0.01M HAuCl₄·3H₂O,0.03mL 0.01M AgNO₃依次加入玻璃瓶中，反向溫和攪拌，溶液呈明亮的棕黃色。之后，將0.032mL 0.10M丙烯酸(AA)加入上述溶液，溶液顯無(wú)色。最后將0.01mL上述備用的納米金種子加入溶液，溫和攪拌10秒，靜置反應(yīng)3小時(shí)。納米金棒的電鏡照片如圖6所示，納米金棒的長(zhǎng)徑為30nm，短徑為10nm。

包裹Au的溫度敏感的PNIPAM微凝膠(PNIPAM-Au)是按照下述方法制備得到的：將1mL上述Au水溶液稀釋至2.5mL轉(zhuǎn)移入圓底燒瓶中，然后向其中加入6mL100mM N-異丙基丙烯酰胺(NIPAM)，0.67mL 100mM AA，1.2mL 50mM N,N′-五甲基雙丙烯酰胺(MBA)，100μL 100mM十二烷基磺酸鈉(SDS)，在70℃，氮?dú)獗Ｗo(hù)下攪拌30分鐘。之后向其中迅速加入2.7mg過(guò)硫酸鉀，70℃反應(yīng)4小時(shí)。反應(yīng)結(jié)束后，自然冷卻至室溫，然后加入適量的去離子水，離心分離，去掉上清液；向固體中加入適量去離子水后超聲分散，再離心分離；重復(fù)以上步驟，繼續(xù)用去離子水洗滌幾次后，即可得到PNIPAM-Au微凝膠。

本發(fā)明光熱復(fù)合納米材料負(fù)載PES的PNIPAM-Au微凝膠(簡(jiǎn)稱(chēng)PNIPAM-Au-PES)按照下述方法制備得到的：將2.5mL的PES水溶液(1.7mg/mL)和5mL PNIPAM-Au微凝膠(2mg/mL)，10mL磷酸緩沖溶液(PBS)，室溫(25℃)下攪拌12小時(shí)，離心分離將所得固體，即得，稀釋至15mL備用。本發(fā)明中，光熱復(fù)合納米材料具體可為質(zhì)量比為1：10：0.8的Au、PNIPAM微凝膠與PES組成。

將上述得到的本發(fā)明PNIPAM-Au-PES光熱納米材料溶于去離子水，形成2mg/mL溶液，在808nm的近紅外光(0.9W)照射下，用熱成像儀記錄PNIPAM-Au-PES溶液隨時(shí)間的溫度升高情況。PNIPAM-Au-PES溶液在808nm近紅外光(0.9W)照射下的光熱圖像隨時(shí)間的變化如圖7所示，PNIPAM-Au-PES溶液溫度隨時(shí)間的變化情況如圖8所示，可見(jiàn)，本發(fā)明PNIPAM-Au-PES溶液在近紅外光(0.9W)照射下溫度隨時(shí)間增加。

將HCT116細(xì)胞接種到裸鼠身上，待腫瘤長(zhǎng)大至一定程度，分別將PNIPAM-Au(1mg/mL)、本發(fā)明PNIPAM-Au-PES(1mg/mL)經(jīng)小鼠尾靜脈注射入小鼠體內(nèi)，分別用近紅外光(0.9W)照射6分鐘，17天之后，注射PNIPAM-Au-PES(1mg/mL) 的小鼠腫瘤得到較好抑制，注射PNIPAM-Au-PES的小鼠體內(nèi)腫瘤治療效果良好，證明本發(fā)明PNIPAM-Au-PES使光熱治療深部腫瘤的體積提高了80mm³，治療深度提高了3.3％。

實(shí)施例3、

溫度敏感的PNIPAM微凝膠(PNIPAM)是按照下述方法制備得到的：將6mL100mM N-異丙基丙烯酰胺(NIPAM)，0.67mL 100mM丙烯酸(AA)，1.2mL 50mM N,N′-五甲基雙丙烯酰胺(MBA)，100μL 100mM十二烷基磺酸鈉(SDS)加入圓底燒瓶中，在70℃，氮?dú)獗Ｗo(hù)下攪拌30分鐘。之后向其中迅速加入2.7mg過(guò)硫酸鉀，70℃反應(yīng)4小時(shí)。反應(yīng)結(jié)束后，自然冷卻至室溫，然后加入適量的去離子水，離心分離，去掉上清液；向固體中加入適量去離子水后超聲分散，再離心分離；重復(fù)以上步驟，繼續(xù)用去離子水洗滌幾次后，即可得到PNIPAM微凝膠。

本發(fā)明負(fù)載PES和ICG的PNIPAM-ICG-PES微凝膠(PNIPAM-ICG-PES)是按照下述方法制備得到的：將2.5mL的分子量為774.9628的ICG水溶液(2.4mg/mL)和5mL PNIPAM微凝膠(2mg/mL)混合，然后加入2.5mL的PES水溶液(1.7mg/mL)，10mL磷酸緩沖溶液(PBS)，室溫(25℃)下攪拌12小時(shí)，離心分離后將所得固體稀釋至5mL備用。本發(fā)明中，光熱復(fù)合納米材料具體可為質(zhì)量比為1：1.67：0.7的ICG、PNIPAM微凝膠與PES組成。PNIPAM-ICG-PES的電鏡照片如圖9所示，PNIPAM-ICG-PES直徑約為200nm。

將上述得到的本發(fā)明PNIPAM-ICG-PES光熱納米材料溶于去離子水，形成2mg/mL溶液，在808nm的近紅外光(0.9W)照射下，用熱成像儀記錄PNIPAM-ICG-PES溶液隨時(shí)間的溫度升高情況。本發(fā)明PNIPAM-ICG-PES溶液的在808nm近紅外光(0.9W)照射下的光熱圖像隨時(shí)間的變化如圖10所示，PNIPAM-ICG-PES溶液溫度隨時(shí)間的變化情況如圖11所示，可見(jiàn)，本發(fā)明PNIPAM-ICG-PES溶液的在近紅外光照射下溫度隨時(shí)間升高。

將HCT116細(xì)胞接種到裸鼠身上，待腫瘤長(zhǎng)大至一定程度，分別將PNIPAM-ICG(1mg/mL)、PNIPAM-ICG-PES(1mg/mL)經(jīng)尾靜脈注射入小鼠，分別用近紅外光(0.9W)照射6分鐘，17天之后，注射本發(fā)明PNIPAM-ICG-PES(1mg/mL)的小鼠腫瘤得到較好抑制，注射PNIPAM-ICG-PES的小鼠體內(nèi)腫瘤治療效果良好，結(jié)果顯示本發(fā)明PNIPAM-ICG-PES使光熱治療深部腫瘤的體積提高了100mm³，治療深度提高了3.8％。