專利名稱：四氧化三鐵作為光熱敏感材料的應(yīng)用的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種光熱敏感材料及應(yīng)用，特別涉及一種四氧化三鐵作為光熱敏感材料的應(yīng)用。
背景技術(shù)：
光熱敏感劑是指吸收一定波長(zhǎng)的電磁波，通常是近紅外光(Near infraredlight, NIR)而產(chǎn)生熱量的一類物質(zhì)。目前用作光熱敏感劑的物質(zhì)主要有三大類第一大類為有機(jī)化合物，如吲哚菁綠、聚苯胺等，其具有良好的光熱轉(zhuǎn)換率，但光熱穩(wěn)定性不佳，且具有嚴(yán)重的光漂白效應(yīng)；第二大類為碳納米材料，主要有碳納米管、石墨烯、C60等，光穩(wěn)定性好，發(fā)熱效率較高，但其制備過(guò)程和功能化修飾極為復(fù)雜，且體內(nèi)難以代謝，具有一定的毒性；第三大類為貴金屬納米材料，金(Au)類如金納米棒、納米囊、納米籠等,此外,IE(Pd)類研究近來(lái)亦有相關(guān)報(bào)道，此類材料光穩(wěn)定性較好，但毒性很大，同時(shí)價(jià)格十分昂貴。由于光熱作用使用近紅外光作為激發(fā)光源，沒(méi)有任何毒性，同時(shí)由于生物組織對(duì)近紅外光吸收非常微弱，其透過(guò)性良好，而且光熱敏感劑升溫較快，因此在光熱轉(zhuǎn)換中具有廣闊的應(yīng)用前景，特別是在生物治療領(lǐng)域方面。然而由于現(xiàn)有的光熱敏感劑存在毒性大、穩(wěn)定性差等缺陷，因此尋找一種毒性低、成本低、光熱效率高、穩(wěn)定性好的材料是目前非常迫切的一項(xiàng)任務(wù)。四氧化三鐵(Fe3O4)作為一種常用的磁性材料，廣泛應(yīng)用于防銹、錄音磁帶、電訊器材及拋光材料的制造等方面，同時(shí)由于其毒性較低，生物相容性較好，其在生物學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用日益廣泛，包括用作磁靶向載體，在磁場(chǎng)作用下將藥物濃集于靶向部位，減少在正常組織的分布，降低藥物的毒性；作為磁共振成像的造影劑，可用于疾病的診斷。

有關(guān)Fe3O4應(yīng)用的報(bào)道很多，但針對(duì)Fe3O4光熱轉(zhuǎn)換及作為NIR光熱敏感劑方面的研究尚未見(jiàn)報(bào)道，目前雖有一些研究將Fe3O4與碳納米管、石墨烯、金納米粒等制備成復(fù)合物，作為光熱敏感劑使用，但產(chǎn)生熱量的物質(zhì)并非Fe3O4，而是碳納米管、石墨烯、金納米粒等，F(xiàn)e3O4在其中的主要作用是作為磁靶向和磁共振造影劑使用(參見(jiàn)Kai Yang, LileiHu, Xingxing Ma, et al. Multimodal Imaging Guided Photothermal Therapy usingFunctionalized Graphene Nanosheets Anchored with Magnetic Nanoparticles. Adv.Mater. 2012, 24, 1868 - 1872. Wenjie Dong, Yongsheng Li, Dechao Niu, et al.Facile Synthesis of Monodisperse Superparamagnetic Fe3O4 CoreihybridiAu ShellNanocomposite for Bimodal Imaging and Photothermal Therapy. Adv. Mater. 2011,23，5392 - 5397.)。亦有報(bào)道使用配體修飾的Fe3O4作為光熱敏感劑，但產(chǎn)生光熱的物質(zhì)主要為修飾的配體一對(duì)稱苯甲酸(參見(jiàn)Meiyi Liao, Pingshan Lai, Hsiuping Yu, etal.1nnovative ligand-assisted synthesis of NIR-activated iron oxide for cancertheranostics. Chem. Commun. 2012, 48, 5319 - 5321.)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明目的是提供一種光熱敏感材料及應(yīng)用，該光熱敏感材料為四氧化三鐵。本發(fā)明采用的技術(shù)方案是本發(fā)明提供一種四氧化三鐵作為光熱敏感材料的應(yīng)用，所述應(yīng)用是四氧化三鐵在近紅外光(NIR)照射下產(chǎn)生熱量。進(jìn)一步，所述的應(yīng)用是將四氧化三鐵在70(T2000nm波長(zhǎng)范圍內(nèi)的激光照射下進(jìn)行，優(yōu)選所述的應(yīng)用是在780nm、808nm、850nm、915nm、980nm波長(zhǎng)下進(jìn)行，最優(yōu)選在波長(zhǎng)為808nm激光照射下進(jìn)行。進(jìn)一步，所述的應(yīng)用是在波長(zhǎng)為808nm的激光照射下，將作為光熱敏感材料的四氧化三鐵用于腫瘤光熱治療，所述的治療為將四氧化三鐵用助劑分散后靜脈注射，并通過(guò)在腫瘤部位外加磁場(chǎng)將四氧化三鐵濃集于腫瘤部位，注射24h后，用近紅外光照射riOmin,照射功率為O. 5^2. 5W/cm2，所述助劑為人體或動(dòng)物體可接受的生物等滲注射劑，優(yōu)選生理鹽水或葡萄糖。更進(jìn)一步，所述用于腫瘤治療時(shí)，四氧化三鐵用量為O. 01"O. 5g/kg,優(yōu)選O.1g/
kg ο

所述Fe3O4可通過(guò)水熱法、共沉淀法、微乳液法、超聲沉淀、溶膠-凝膠法、水解法及多元醇法等方法制備，電子顯微鏡下觀察為圓形或類圓形，粒徑為微米級(jí)或納米級(jí)，外觀為黑褐色。所述Fe3O4作為光熱敏感材料，用于腫瘤光熱治療，本發(fā)明具體做了如下實(shí)驗(yàn)選取20g左右雄性小鼠作為實(shí)驗(yàn)對(duì)象，分別于腋下種S180細(xì)胞(小鼠艾氏腹水癌細(xì)胞)，待腫瘤生長(zhǎng)至約100 mm3時(shí)，隨機(jī)將小鼠分為兩組第一組為靜脈注射生理鹽水(200 μ L)(對(duì)照組);第二組為靜脈注射磁性Fe3O4 (10 mg/mL, 200 μ L (即O.1 g/kg))，并在腫瘤部位外加磁場(chǎng)使Fe3O4濃集于腫瘤部位(治療組)。注射24h后，所有組均用NIR (功率1. 5 ff/cm2)照射5min。照射時(shí)，采用熱像儀記錄照射部位溫度的變化，監(jiān)測(cè)腫瘤部位的溫度。照射2天后，觀察腫瘤部位是否出現(xiàn)壞死、結(jié)痂等現(xiàn)象。結(jié)果表明(I)Fe3O4作為光熱敏感材料具有很好的光熱效果，隨著濃度的增加，產(chǎn)熱能力增加，150 μ g/mL Fe3O4溶液在2 ff/cm2 NIR照射5min，溫度可達(dá)近70°C，相同條件下，水的溫度僅升高約TC。(2)Fe304作為光熱敏感材料在磁場(chǎng)存在條件下，具有明顯的腫瘤靶向效果，光熱治療后腫瘤部位壞死、結(jié)痂，F(xiàn)e3O4可用于腫瘤的光熱治療。本發(fā)明的有益效果主要體現(xiàn)在首次發(fā)現(xiàn)Fe3O4具有良好的光熱效果，是一種有潛力的光熱敏感劑，在光熱轉(zhuǎn)換方面具有一定的應(yīng)用前景，特別是在生物治療方面；Fe3O4光熱效果明顯，具有顯著的生物治療效果，照射5min即可實(shí)現(xiàn)腫瘤的特異性殺傷，治療后腫瘤完全消失，而對(duì)正常組織無(wú)明顯影響，相對(duì)于手術(shù)、化療等治療方法，其療效顯著且毒副作用小，同時(shí)Fe3O4將磁靶向及磁共振成像等多種特殊功能集于一身，因此在臨床診斷、治療方面具有廣闊的應(yīng)用前景。


圖1為Fe3O4溶液在808nm的濃度及吸光度曲線橫坐標(biāo)為Fe3O4溶液濃度，縱坐標(biāo)為吸光度。圖2為Fe3O4溶液在808nm照射時(shí)溫度變化曲線橫坐標(biāo)為照射時(shí)間，縱坐標(biāo)為溫度，其中的5條曲線分別為水、30、75、150及300 μ g/mL的Fe3O4溶液。圖3為Fe3O4溶液及水在808nm照射5min時(shí)所出現(xiàn)的現(xiàn)象，圈中所示為照射產(chǎn)生的水蒸氣液化形成的水珠。圖4為不同組小鼠的腫瘤部位，在經(jīng)過(guò)相同強(qiáng)度的NIR照射后紅外熱成像圖片。圖5為不同組小鼠在照射2天后，腫瘤部位的變化情況，A為對(duì)照組，B為治療組。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步描述，但本發(fā)明的保護(hù)范圍并不僅限于此實(shí)驗(yàn)材料氯化鐵、檸檬酸鈉、醋酸銨、乙二醇(國(guó)藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司)，S180細(xì)胞株(上海然泰生物科技有限公司)。實(shí)驗(yàn)動(dòng)物ICR小鼠(20g，雄性)(浙江大學(xué)實(shí)驗(yàn)動(dòng)物中心提供)。實(shí)驗(yàn)儀器紅外熱像儀(FLIR Therma CAM S65)，808nm激光器(中科院半導(dǎo)體研究所)。實(shí)施例1 Fe3O4的制備

稱取1. 35g FeCl3 · 6Η20、0· 4g檸檬酸鈉溶于70mL乙二醇后，加入3. 85g醋酸銨，攪拌lh，轉(zhuǎn)入IOOmL反應(yīng)釜，200°C反應(yīng)10h，取出利用磁場(chǎng)分離，水洗3次，即獲得Fe3O4粉末，備用。實(shí)施例2 Fe3O4溶液的近紅外吸收將實(shí)施例1制備的Fe3O4粉末分別用生理鹽水配制濃度C為5、10、25、50、75、100、150及300 μ g/mL的Fe3O4溶液，利用紫外分光光度計(jì)于808nm處測(cè)定其吸光度Α，結(jié)果見(jiàn)圖1所示。Fe3O4溶液在808nm具有一定的吸收并具有良好的線性，線性回歸方程為A= O. 0051C+ O. 0119，R2=O. 9998。實(shí)施例3 Fe3O4溶液體外光熱轉(zhuǎn)化效果將實(shí)施例1制備的Fe3O4粉末用生理鹽水分別配制濃度為30、75、150及300 μ g/mL的Fe3O4溶液，各個(gè)濃度分別取O. 5 mL放置于2mL離心管中，以水為參比，分別用808nm激光器(2 W/cm2)室溫下照射5分鐘，每30s測(cè)定溫度，結(jié)果見(jiàn)圖2、3所示。從圖2中可以看出，F(xiàn)e3O4具有良好的光熱轉(zhuǎn)化效果，150 μ g/mL及300 μ g/HiLFe3O4溶液在照射5 min后溫度分別達(dá)到71 °C和83°C，并且其轉(zhuǎn)化效果隨濃度的增加而增力口。從圖3中可以看出，F(xiàn)e3O4溶液經(jīng)過(guò)照射后，由于溫度升高，水蒸氣在瓶壁上形成水珠，而水在經(jīng)過(guò)相同照射后，無(wú)水滴出現(xiàn)。實(shí)施例4 Fe3O4溶液對(duì)荷瘤小鼠的光熱敏感效應(yīng)將S180細(xì)胞(IXlO7 )分散于100 μ L pH7. 4 PBS緩沖液中，腹腔注射到小鼠(20g)體內(nèi)，待其形成腹水后，抽出腹水用pH7. 4PBS緩沖液稀釋2倍，然后接種于小鼠腋下(200 UL /只)，待腫瘤生長(zhǎng)至約IOOmm3時(shí)，將其分為二組，每組六只，分別為生理鹽水組(對(duì)照組)、Fe3O4溶液組(治療組)。第一組(對(duì)照組)靜脈注射200 μ L生理鹽水，2h后，用808nm激光照射5min，強(qiáng)度為 2 ff/cm2 ；第二組(治療組):靜脈注射200 μ L用生理鹽水配制的Fe3O4溶液(10 mg/mL，即
O.lg/kg)后，在腫瘤部位附上磁鐵使Fe3O4濃集于腫瘤部位，并維持24 h后，用808nm激光照射5min,強(qiáng)度為1. 5 W/cm2。照射中均用紅外熱像儀對(duì)照射部位進(jìn)行溫度記錄，結(jié)果見(jiàn)圖4。觀察小鼠腫瘤部位的變化，包括腫瘤部位是否壞死及結(jié)痂，結(jié)果見(jiàn)圖5。對(duì)照組和治療組在照射5min后，腫瘤部位的溫度分別達(dá)到40°C及52°C。由于對(duì)照組溫度較低，不足以殺死腫瘤細(xì)胞。治療組腫瘤部位升溫明顯，且溫度高達(dá)52°C，足以在數(shù)分鐘內(nèi)殺死腫瘤細(xì)胞。從圖5中可以看出，治療組具有明顯的治療效果，兩天后，腫瘤部位結(jié)痂，相對(duì)而言，對(duì)照組無(wú)明·顯治療效果。
權(quán)利要求
1.一種四氧化三鐵作為光熱敏感材料的應(yīng)用。
2.如權(quán)利要求1所述四氧化三鐵作為光熱敏感材料的應(yīng)用，其特征在于所述的應(yīng)用是將四氧化三鐵在70(T2000nm波長(zhǎng)范圍內(nèi)的激光照射下進(jìn)行。
3.如權(quán)利要求2所述四氧化三鐵作為光熱敏感材料的應(yīng)用，其特征在于所述的應(yīng)用是將四氧化三鐵在波長(zhǎng)為808nm激光照射下進(jìn)行。
4.如權(quán)利要求3所述的應(yīng)用，其特征在于所述的應(yīng)用是在波長(zhǎng)為808nm的激光照射下，將作為光熱敏感材料的四氧化三鐵用于腫瘤光熱治療，所述的治療為將四氧化三鐵用助劑分散后靜脈注射,并通過(guò)在腫瘤部位外加磁場(chǎng)將四氧化三鐵濃集于腫瘤部位,注射24h后，用近紅外光照射f lOmin，照射功率為O. 5^2. 5W/cm2，所述助劑為生理鹽水或葡萄糖。
5.如權(quán)利要求4所述的應(yīng)用，其特征在于所述四氧化三鐵用量為O.0Γ0. 5g/kg。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種四氧化三鐵作為光熱敏感材料的應(yīng)用，所述應(yīng)用是四氧化三鐵在近紅外光照射下產(chǎn)生熱量，所述的應(yīng)用是將四氧化三鐵在700~2000nm波長(zhǎng)范圍內(nèi)的激光照射下進(jìn)行；本發(fā)明首次發(fā)現(xiàn)Fe3O4具有良好的光熱效果，是一種有潛力的光熱敏感劑，在光熱轉(zhuǎn)換方面具有一定的應(yīng)用前景，特別是在生物治療方面；Fe3O4光熱效果明顯，具有顯著的生物治療效果，照射5min即可實(shí)現(xiàn)腫瘤的特異性殺傷，治療后腫瘤完全消失，而對(duì)正常組織無(wú)明顯影響，相對(duì)于手術(shù)、化療等治療方法，其療效顯著且毒副作用小，同時(shí)Fe3O4將磁靶向及磁共振成像等多種特殊功能集于一身，因此在臨床診斷、治療方面具有廣闊的應(yīng)用前景。
文檔編號(hào)A61K49/00GK103055312SQ20121059231
公開(kāi)日2013年4月24日 申請(qǐng)日期2012年12月29日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月29日
發(fā)明者金 一, 沈松, 吳 琳, 王成潤(rùn) 申請(qǐng)人:浙江大學(xué)