本發(fā)明涉及一種硅化鎂納米材料及其制備方法和應(yīng)用，屬于納米材料技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，脫氧劑在工業(yè)和人們?nèi)粘Ｉ畹牡匚伙@得越發(fā)重要，其的需求也逐年增加。脫氧劑的應(yīng)用主要集中在金屬熔煉防氧化、煤炭除氧和食品保鮮等領(lǐng)域。尤其在食品保鮮方面，脫氧劑可吸收氧氣，減緩食品氧化作用，同時(shí)有效地抑制霉菌和好氧性細(xì)菌的生長。目前，工業(yè)上常用的脫氧劑有鐵基(鐵粉)、酶基、抗壞血酸基、光敏感性染料基等。雖然這些脫氧劑對(duì)氧分子具有高效的捕捉去除能力，但缺乏選擇性。如果開發(fā)一種新型具有環(huán)境特異性的非傳統(tǒng)脫氧劑可以選擇性地去除特定環(huán)境中的氧氣，將極大地?cái)U(kuò)展脫氧劑的應(yīng)用范圍。

目前，惡性腫瘤已成為人類生命健康的第一殺手，對(duì)其特異性的高效治療越來越受到人們的高度關(guān)注。腫瘤在人體內(nèi)生長過程中，需要形成自身的血管網(wǎng)絡(luò)來提供營養(yǎng)，否則腫瘤將不能繼續(xù)生長。通過去除腫瘤環(huán)境中的氧，可以抑制腫瘤新生血管形成，并且可以切斷腫瘤細(xì)胞增殖生長所必須的養(yǎng)分供給，最終導(dǎo)致腫瘤細(xì)胞死亡。腫瘤微環(huán)境包括由于活躍的無氧糖酵解產(chǎn)生大量酸性物質(zhì)而導(dǎo)致的微酸性。因此，如果能開發(fā)出一種利用腫瘤的微酸性環(huán)境選擇性地除去腫瘤微環(huán)境中的氧氣的脫氧劑，將在極大地降低對(duì)腫瘤周圍的正常組織的影響的同時(shí)有效抑制腫瘤的生長，具有重要實(shí)際的意義和臨床價(jià)值。

另一方面，脫氧劑的納米化可以提高其比表面，增加脫氧劑與氧氣的接觸面積，有效提高脫氧劑的除氧效率，所以設(shè)計(jì)和制備納米結(jié)構(gòu)的脫氧劑是一個(gè)必然趨勢(shì)。

綜上所述，一種簡(jiǎn)單經(jīng)濟(jì)，原料廉價(jià)易得，可實(shí)現(xiàn)批量生產(chǎn)的新型具有環(huán)境選擇性的納米級(jí)脫氧劑將具有極大的應(yīng)用前景。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對(duì)上述問題，本發(fā)明的目的在于提供一種硅化鎂納米材料及其制備方法和應(yīng)用。該硅化鎂納米材料可作為酸激活型納米脫氧劑實(shí)現(xiàn)一種新型的腫瘤脫氧饑餓治療。

一方面，本發(fā)明提供一種硅化鎂納米材料，其包括mg2si納米顆粒內(nèi)核、以及包覆于所述mg2si納米顆粒內(nèi)核表面的有機(jī)物包覆層，所述mg2si納米顆粒內(nèi)核的粒徑在50～200nm之間。

本發(fā)明的硅化鎂納米材料可在酸性條件下激活脫氧效應(yīng)：首先硅化鎂與酸反應(yīng)生成 還原性硅烷，而硅烷迅速與組織內(nèi)氧分子反應(yīng)生成氧化硅，造成酸性腫瘤脫氧，可用于實(shí)現(xiàn)一種新型的腫瘤脫氧饑餓治療，極大地拓寬了脫氧劑的應(yīng)用。而且，其中mg2si納米顆粒內(nèi)核的粒徑在50～200nm之間，提高其比表面，增加其與氧氣的接觸面積，有效提高脫氧劑的除氧效率，此外，還可以有利于利用epr效應(yīng)提高其在腫瘤內(nèi)的被動(dòng)富集量，同時(shí)也有利于體內(nèi)的血液循環(huán)時(shí)間。本發(fā)明的硅化鎂納米材料尺寸均一、分散性良好，而且表面具有有機(jī)物包覆層，可增強(qiáng)在體內(nèi)的生物相容性，具有重要實(shí)際的意義和臨床價(jià)值。

較佳地，所述mg2si納米顆粒具有單晶結(jié)構(gòu)，相對(duì)于多晶與非晶，其穩(wěn)定性更佳，可以緩慢長時(shí)間地釋放硅烷，適合用作為長效脫氧劑使用。

較佳地，所述有機(jī)物包覆層的組成材料為聚乙烯吡咯烷酮、聚乙二醇、聚乙烯醇、聚醚酰亞胺中的至少一種。這些材料可以增強(qiáng)本發(fā)明的硅化鎂納米材料在體內(nèi)的生物相容性。

另一方面，本發(fā)明提供上述硅化鎂納米材料的制備方法，采用高溫自蔓延法制備，包括以下步驟：

(1)將硅源與鎂粉的混合粉末于非惰性氣氛下在400～600℃保溫一定時(shí)間；

(2)用步驟(1)所得的產(chǎn)物用含有包覆有機(jī)物的醇/水混合液清洗、超聲、分離，即可制得所述硅化鎂納米材料。

本發(fā)明制備方法簡(jiǎn)單經(jīng)濟(jì)，原料廉價(jià)易得，可實(shí)現(xiàn)批量生產(chǎn)，具有極大的產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)價(jià)值。

較佳地，所述硅源是氧化硅粉、硅粉、原硅酸粉中的至少一種。

較佳地，所述混合粉中硅元素與鎂元素的摩爾比是1：(1～2)。

較佳地，所述非惰性氣氛為ar/o2混合氣、he/o2混合氣、空氣。

較佳地，步驟(1)中，保溫時(shí)間為0.5～12小時(shí)。

較佳地，所述醇/水混合液中的醇為乙醇，乙醇與水的體積比為100：(2～10)。

較佳地，所述包覆有機(jī)物在所述醇/水混合液中的摩爾濃度為0.1～1m。

再一方面，本發(fā)明還提供上述硅化鎂納米材料作為酸激活型納米脫氧劑中的應(yīng)用，尤其是在制備腫瘤脫氧饑餓治療藥物中的應(yīng)用。

附圖說明

圖1為本發(fā)明實(shí)施例1所制得的納米脫氧劑的tem圖；

圖2為本發(fā)明實(shí)施例1所制得的納米脫氧劑的單顆粒高分辨tem圖；

圖3為本發(fā)明實(shí)施例1所制得的納米脫氧劑分散于水中的數(shù)碼照片；

圖4為本發(fā)明實(shí)施例1所制得的納米脫氧劑的xrd圖；

圖5為本發(fā)明實(shí)施例1所制得的納米脫氧劑和pvp30的ftir圖；

圖6為本發(fā)明實(shí)施例1所制得的納米脫氧劑在不同ph溶液中的脫氧效果對(duì)比圖；

圖7為4t1腫瘤瘤內(nèi)注射本發(fā)明實(shí)施例1所制得的納米脫氧劑后，不同時(shí)間點(diǎn)瘤內(nèi)血氧飽和度的光聲成像圖；

圖8為4t1腫瘤瘤內(nèi)注射本發(fā)明實(shí)施例1所制得的納米脫氧劑后，腫瘤生長曲線與對(duì)照組對(duì)比圖；

圖9為本發(fā)明實(shí)施例2所制得的納米脫氧劑的tem圖；

圖10為本發(fā)明實(shí)施例3所制得的納米脫氧劑的tem圖；

圖11為本發(fā)明實(shí)施例4所制得的納米脫氧劑的tem圖。

具體實(shí)施方式

以下結(jié)合附圖和下述實(shí)施方式進(jìn)一步說明本發(fā)明，應(yīng)理解，附圖及下述實(shí)施方式僅用于說明本發(fā)明，而非限制本發(fā)明。

本發(fā)明提供的硅化鎂納米材料核心為mg2si納米顆粒。該mg2si納米顆?？稍谒嵝詶l件下去除氧氣，例如可在腫瘤的微酸性微環(huán)境下激活脫氧效應(yīng)，因此可實(shí)現(xiàn)一種新型的腫瘤脫氧饑餓治療，開辟了脫氧劑的全新應(yīng)用。其粒徑在50～200nm之間，一方面，可以提高其比表面，增加脫氧劑與氧氣的接觸面積，有效提高脫氧劑的除氧效率，另一方面，可以利用epr效應(yīng)提高其在腫瘤內(nèi)的被動(dòng)富集量，同時(shí)也有利于體內(nèi)的血液循環(huán)時(shí)。更優(yōu)選地，出于逃避網(wǎng)狀內(nèi)皮系統(tǒng)(肝臟等)的考慮，mg2si納米顆粒的粒徑為在50～150nm之間。

mg2si納米顆粒優(yōu)選為具有單晶結(jié)構(gòu)。與非晶和多晶結(jié)構(gòu)相比，具有單晶結(jié)構(gòu)的mg2si納米顆粒穩(wěn)定性更佳，可以緩慢長時(shí)間地釋放硅烷，適合用作為長效脫氧劑使用。

mg2si納米顆粒的表面可包覆有機(jī)物包覆層。借助于此，可以提高該納米材料的生物相容性。作為包覆有機(jī)物，優(yōu)選為具有生物相容性的有機(jī)大分子，例如可采用納米生物常用的修飾分子，包括但不限于pvp(聚乙烯吡咯烷酮)、peg(聚乙二醇)和pei(聚醚酰亞胺)等納米生物常用的修飾分子中的一種或幾種。

上述mg2si納米顆粒、以及表面包覆有機(jī)物包覆層的mg2si納米顆?？刹捎酶邷刈月臃ㄖ苽洹g2si納米顆粒的制備可包括以下步驟：將硅源與鎂粉的混合粉末于非惰性氣氛下保溫一定時(shí)間，醇/水混合液清洗即得。在制備表面包覆有機(jī)物包覆層的mg2si納米顆粒時(shí)，可采用原位修飾法，具體而言，在清洗所述mg2si納米顆粒時(shí)，利用含有一定濃度包 覆有機(jī)物的乙醇/水混合溶液清洗，即可在mg2si納米顆粒表面包覆有機(jī)物。

以下，作為示例，更具體地說明本發(fā)明的硅化鎂納米材料的制備方法。

首先，將硅源與鎂粉的混合粉末于非惰性氣氛下保溫一定時(shí)間。作為硅源，包括但不限于氧化硅粉、硅粉、原硅酸粉中的至少一種，優(yōu)選為氧化硅粉或硅粉。硅源的粒徑可為100～500目。鎂粉的粒徑可為100～500目。硅源與鎂粉中，硅元素與鎂元素的摩爾比可以是1：(1～2)，優(yōu)選為1：(1.1～1.6)。通過使鎂源稍過量，可以有效防止生成的硅化鎂的氧化。硅源與鎂粉可通過研磨而混合均勻。所述非惰性氣氛包括但不限于ar/o2混合氣、he/o2混合氣、空氣等，非惰性氣氛的引入導(dǎo)致生成mgo雜質(zhì)，這些mgo雜質(zhì)釘扎在晶界，有效抑制硅化鎂晶粒的長大，從而獲得納米級(jí)的硅化鎂。保溫的溫度可為400～600℃，優(yōu)選為450～550℃。保溫時(shí)間可為0.5～12h。

然后，原位修飾包覆有機(jī)物。利用一定濃度包覆有機(jī)物的乙醇/水混合溶液清洗，利用溶解度差異去除少量的mgo雜質(zhì)，超聲一定時(shí)間后，離心收集納米顆粒即得表面具有有機(jī)物包覆層的mg2si納米顆粒。所采用的包覆有機(jī)物如上所述可為pvp、peg和pei等納米生物常用的修飾分子中的一種或幾種。乙醇/水混合溶液中乙醇與水的體積比可為100：(2～10)，優(yōu)選為100：(4～8)。在乙醇/水混合溶液中，包覆有機(jī)物的摩爾濃度可以為0.1～1m，優(yōu)選為0.3～0.8m。另外，清洗溶液中的醇不限于乙醇，也可以是甲醇、丁醇等。超聲的時(shí)間可為0.5～6h。

本發(fā)明的硅化鎂納米材料為表面具有有機(jī)大分子包覆的mg2si納米顆粒，具有單晶結(jié)構(gòu)，尺寸均一，分散性良好，可在酸性條件下激活脫氧效應(yīng)，并可用于實(shí)現(xiàn)一種新型的腫瘤脫氧饑餓治療，開辟了脫氧劑的全新應(yīng)用。所述的mg2si納米顆粒制備方法為高溫自蔓延法，表面有機(jī)修飾采用原位修飾法，簡(jiǎn)單經(jīng)濟(jì)，原料廉價(jià)易得，可實(shí)現(xiàn)批量生產(chǎn)，具有極大的產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)價(jià)值。

下面進(jìn)一步例舉實(shí)施例以詳細(xì)說明本發(fā)明。同樣應(yīng)理解，以下實(shí)施例只用于對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步說明，不能理解為對(duì)本發(fā)明保護(hù)范圍的限制，本領(lǐng)域的技術(shù)人員根據(jù)本發(fā)明的上述內(nèi)容作出的一些非本質(zhì)的改進(jìn)和調(diào)整均屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。下述示例具體的工藝參數(shù)等也僅是合適范圍中的一個(gè)示例，即本領(lǐng)域技術(shù)人員可以通過本文的說明做合適的范圍內(nèi)選擇，而并非要限定于下文示例的具體數(shù)值。

實(shí)施例1

以1：1.2的摩爾比稱取硅粉與鎂粉，充分研磨使混合均勻；將混合物粉末置于ar/5％o2氣氛管式爐中，升溫至500℃后保溫1小時(shí)；待體系降至室溫，利用含有0.5mpvp的乙醇/ 水混合溶液清洗，超聲3小時(shí)后，離心收集納米顆粒即得表面包覆pvp的mg2si納米顆粒，即酸激活型納米脫氧劑。

圖1為本發(fā)明實(shí)施例1所制得的納米脫氧劑的tem圖，可以看出本發(fā)明實(shí)施例1所制得的納米脫氧劑粒徑在50～100nm之間，分散良好。

圖2為本發(fā)明實(shí)施例1所制得的納米脫氧劑的單顆粒高分辨tem圖，可以看出本發(fā)明實(shí)施例1所制得的納米脫氧劑具有單晶結(jié)構(gòu)。

圖3為本發(fā)明實(shí)施例1所制得的納米脫氧劑分散于水中的數(shù)碼照片，可以看出本發(fā)明實(shí)施例1所制得的納米脫氧劑在溶液中分散良好，沒有沉淀，符合注射級(jí)使用的基本要求。

圖4為本發(fā)明實(shí)施例1所制得的納米脫氧劑的xrd圖，可以看出本發(fā)明實(shí)施例1所制得的納米脫氧劑包含mg2si納米顆粒內(nèi)核。

圖5為本發(fā)明實(shí)施例1所制得的納米脫氧劑和pvp的ftir圖，可以看出本發(fā)明實(shí)施例1所制得的納米脫氧劑包含表面修飾的pvp。

脫氧效果實(shí)驗(yàn)：

將0.5g發(fā)明實(shí)施例1所制得的納米脫氧劑置于30ml不同ph(7.4、6.5、4.5)溶液中，保持溶液溫度為37℃，用溶氧儀實(shí)時(shí)監(jiān)控并記錄各溶液中的溶解氧濃度。

圖6為本發(fā)明實(shí)施例1所制得的納米脫氧劑在不同ph溶液中的脫氧效果對(duì)比圖，可以看出本發(fā)明實(shí)施例1所制得的納米脫氧劑可被酸激活，選擇性地除去酸性環(huán)境中的氧氣，并且除氧效率與環(huán)境酸度正相關(guān)。

瘤內(nèi)注射實(shí)驗(yàn)：mg2sinanoparticles(2mmg,in30μlsaline)

采用雌性balb/c小鼠的4t1腫瘤模型，瘤內(nèi)注射30ml含有2m本發(fā)明實(shí)施例1所制得的納米脫氧劑后，在10min、1h、3h和8h利用光聲成像儀監(jiān)測(cè)瘤內(nèi)的血氧飽和度。

圖7為4t1腫瘤瘤內(nèi)注射本發(fā)明實(shí)施例1所制得的納米脫氧劑后，不同時(shí)間點(diǎn)瘤內(nèi)血氧飽和度的光聲成像圖，可以看出本發(fā)明實(shí)施例1所制得的納米脫氧劑可以被腫瘤微環(huán)境的酸性所激活，高效特異地除去腫瘤內(nèi)的溶解氧。

圖8為4t1腫瘤瘤內(nèi)注射本發(fā)明實(shí)施例1所制得的納米脫氧劑后，腫瘤生長曲線與對(duì)照組對(duì)比圖，可以看出本發(fā)明實(shí)施例1所制得的納米脫氧劑可以通過高效除去腫瘤溶解氧而達(dá)到抑制腫瘤生長的饑餓治療的目的。

實(shí)施例2

以1：1.4的摩爾比稱取硅粉與鎂粉，充分研磨使混合均勻；將混合物粉末至于空氣氣氛管 式爐中，升溫至550℃后保溫0.5小時(shí)；待體系降至室溫，利用含有0.6mpeg的乙醇/水混合溶液清洗，超聲2小時(shí)后，離心收集納米顆粒即得表面包覆peg的mg2si納米顆粒，即所述的酸激活型納米脫氧劑。

圖9為本發(fā)明實(shí)施例2所制得的納米脫氧劑的tem圖，可以看出本發(fā)明實(shí)施例所制得的納米脫氧劑粒徑在100～200nm之間，分散良好。

實(shí)施例3

采用與實(shí)施例1類似的工藝，區(qū)別僅在于保溫溫度為400℃；

圖10為本發(fā)明實(shí)施例3所制得的納米脫氧劑的tem圖，可以看出本發(fā)明實(shí)施例所制得的納米脫氧劑粒徑在50～100nm之間，分散良好。

實(shí)施例4

采用與實(shí)施例1類似的工藝，區(qū)別僅在于保溫溫度為600℃；

圖11為本發(fā)明實(shí)施例4所制得的納米脫氧劑的tem圖，可以看出本發(fā)明實(shí)施例所制得的納米脫氧劑粒徑在80～200nm之間，分散良好。

綜上所述可見，本發(fā)明提供的酸激活型納米脫氧劑具有單晶結(jié)構(gòu)，尺寸均一，分散性良好，可在酸性條件下激活脫氧效應(yīng)，并可用于實(shí)現(xiàn)一種新型的腫瘤脫氧饑餓治療，極大地拓寬了脫氧劑的應(yīng)用。所提供的制備方法簡(jiǎn)單經(jīng)濟(jì)，原料廉價(jià)易得，可實(shí)現(xiàn)批量生產(chǎn)，具有極大的產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)價(jià)值。