納米海綿材料、其制備方法及應(yīng)用
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域，具體涉及一種多孔Bi2Se3納米海綿材料、其制備方法及應(yīng)用。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著納米技術(shù)的發(fā)展，利用具有光響應(yīng)的納米材料將惡性腫瘤成像診斷技術(shù)與治療技術(shù)相結(jié)合，以實(shí)現(xiàn)在臨床上對(duì)惡性腫瘤的早期診斷及有效治療成為了當(dāng)今的研究熱點(diǎn)。光熱治療或光動(dòng)力學(xué)療法與多模態(tài)實(shí)時(shí)成像(如熒光或光聲成像)的結(jié)合由于具有優(yōu)異的空間/時(shí)間選擇性和特異性而引起了人們?cè)絹碓蕉嗟年P(guān)注。其中，光熱治療是近些年來發(fā)展起來的一種非侵入性、可快速定點(diǎn)殺傷腫瘤的新型治療技術(shù)，主要是利用光熱轉(zhuǎn)換材料在近紅外區(qū)對(duì)光能的特定吸收，將光能有效地轉(zhuǎn)化為熱能從而升高腫瘤區(qū)域的局部溫度，選擇性地殺死腫瘤細(xì)胞，而對(duì)人體正常組織細(xì)胞不造成傷害，大大降低了全身系統(tǒng)毒性，因此光熱治療被看作是非常有潛力替代手術(shù)治療腫瘤的技術(shù)之一。在現(xiàn)有的多模態(tài)成像技術(shù)中，光聲成像(photoacoustic imaging, PA)和X射線計(jì)算機(jī)斷層掃描成像(X_raycomputed tomography imaging,CT)結(jié)合的雙模式成像在腫瘤的臨床診斷中具有明顯的優(yōu)勢(shì)，這主要是由于這種雙模式成像結(jié)合了 PA成像和CT成像各自的優(yōu)勢(shì):1)PA成像對(duì)軟組織具有非常高的分辨率和靈敏度，且能夠?qū)崿F(xiàn)實(shí)時(shí)成像；2)CT成像具有高空間分辨率、無(wú)探測(cè)深度限制、且可實(shí)現(xiàn)3D成像等優(yōu)點(diǎn)。
[0003]為了更加安全、有效的對(duì)腫瘤實(shí)施光熱治療，人們會(huì)利用多模態(tài)成像技術(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)診斷，在治療之前需要確定腫瘤的位置、大小和輪廓，在治療過程中需要對(duì)藥物制劑是否在病灶部位成功富集以及治療之后的療效等進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。因此，尋找一種能夠同時(shí)對(duì)腫瘤進(jìn)行多模態(tài)成像診斷和光熱治療的多功能納米光熱診療制劑(photothermaltheranostic nanoagents)顯得格外重要。理想的用于多模態(tài)成像診斷和光熱治療的多功能納米光熱診療制劑應(yīng)該具有以下性質(zhì):納米尺寸可控在20?200nm之間，較強(qiáng)的近紅外光(650?950nm)吸收且較高的光熱轉(zhuǎn)換效率，水溶性好且低毒性，能夠顯著增強(qiáng)腫瘤成像信號(hào)，顆粒表面富含官能團(tuán)易于修飾靶向小分子或者抗體。至今為止，已報(bào)道了幾種多功能納米光熱診療制劑，例如:Fe304@聚多巴胺納米復(fù)合物體，Ta0x@聚卩比略納米粒子等，Au@普魯士藍(lán)納米粒子等。盡管這些多功能納米光熱診療制劑已經(jīng)取得了令人矚目的進(jìn)步，但是在具體生物醫(yī)學(xué)應(yīng)用方面它們還有很多的局限性，例如合成過程復(fù)雜、生物安全性差、成像診斷和光熱性能有待提尚，且缺之臨床實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證等。此外，這類多功能納米光熱診療制劑的種類還是非常有限的。因此，人們?nèi)匀恍枰_發(fā)新型的多功能納米光熱診療制劑用于腫瘤診斷和治療。
[0004]經(jīng)檢索國(guó)內(nèi)外有關(guān)Bi2Se3m米材料方面的文獻(xiàn)和專利結(jié)果表明，在本發(fā)明申請(qǐng)之前，還沒有發(fā)現(xiàn)有基于多孔Bi2Se3納米海綿材料及其合成方法和在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域用于腫瘤多模態(tài)成像和光熱治療應(yīng)用方面的報(bào)道。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明是要解決已開發(fā)的多模態(tài)成像診斷和光熱治療的多功能納米光熱診療制劑合成過程復(fù)雜、成像診斷和光熱性能以及生物安全性有待提高，且缺乏臨床實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證的問題，而提供一種多孔Bi2Se3納米海綿材料、其制備方法及應(yīng)用。
[0006]—種以鉍鹽、酸溶液、強(qiáng)堿、二元醇、有機(jī)高分子聚合物、砸源和葡萄糖為原料制備的多孔Bi2Se3m米海綿材料的粒徑為50nm?200nm，光熱轉(zhuǎn)換效率達(dá)到20%?35%。
[0007]一種多孔Bi2Se3納米海綿材料的制備方法是按照以下步驟進(jìn)行的:
[0008]—、將鉍鹽加入到酸溶液中，得到反應(yīng)體系，向反應(yīng)體系中加入強(qiáng)堿、二元醇和有機(jī)高分子聚合物，超聲混合均勻后轉(zhuǎn)移至高壓反應(yīng)釜中在溫度為100°C?200°C的條件下反應(yīng)lh?5h，反應(yīng)結(jié)束后冷卻至室溫，采用去離子水離心分離并洗滌3?5次，得到白色三氧化二鉍納米球樣品，將白色三氧化二鉍納米球樣品分散于水中，得到三氧化二鉍納米球分散液；所述三氧化二鉍納米球分散液的濃度為(10?30mg/mL);
[0009]所述鉍鹽的質(zhì)量與酸溶液的體積比為lg: (20?25)mL ;所述鉍鹽與強(qiáng)堿的質(zhì)量比為1: (0.2?0.4);所述鉍鹽的質(zhì)量與二元醇的體積比為lg: (120?150)mL ;所述鉍鹽與有機(jī)高分子聚合物的質(zhì)量比為1: (2.5?3.5)；
[0010]二、將砸源和葡萄糖溶解于水中，超聲分散均勻，然后向其中加入三氧化二鉍納米球分散液，超聲混合均勻超聲混合均勻后轉(zhuǎn)移至高壓反應(yīng)釜中在溫度為100°C?200°C的條件下反應(yīng)12h?24h，反應(yīng)結(jié)束后冷卻至室溫，采用去離子水離心分離并洗滌3?5次，得到固體物，對(duì)固體物進(jìn)行透析3d?6d后，再采用乙醇洗滌3?5次，最后在溫度為20°C?120°C的條件下真空干燥，得到黑色的多孔Bi2Se3納米海綿材料；
[0011 ] 所述砸源的質(zhì)量與三氧化二鉍納米球分散液的體積比為lg: (40?60)mL ；
[0012]所述葡萄糖的質(zhì)量與三氧化二鉍納米球分散液的體積比為lg: (10?20)mL ；
[0013]所述透析中采用的透析管的截留分子量為8000?lOOOODa。
[0014]—種多孔Bi2Se3納米海綿材料的應(yīng)用是將具有多孔Bi2Se3m米海綿材料作為光熱轉(zhuǎn)換納米材料用于腫瘤的光熱治療。
[0015]—種多孔Bi2Se3納米海綿材料的應(yīng)用是將具有多孔Bi2Se3m米海綿材料作為多模態(tài)成像造影劑用于生物醫(yī)學(xué)多模態(tài)成像。
[0016]本發(fā)明的有益效果是:
[0017]本發(fā)明制備的多孔Bi2Se3m米海綿材料呈現(xiàn)不規(guī)則球形，粒徑均一且形貌可控，通過簡(jiǎn)單地改變反應(yīng)所需的原料配比、溫度或者反應(yīng)時(shí)間可以自由改變納米材料的尺寸大小，具有很多的介孔和大孔，結(jié)構(gòu)類似多孔海綿狀；在水溶液中分散性良好，在近紅外區(qū)具有較強(qiáng)吸收，且具有很高的光熱轉(zhuǎn)換效率和光熱穩(wěn)定性，其光熱轉(zhuǎn)換效率和光熱穩(wěn)定性遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于金納米材料(如金棒、金殼等)，且在近紅外激光的照射下能夠有效地殺傷腫瘤細(xì)胞；經(jīng)動(dòng)物實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，本發(fā)明材料生物安全性良好，且能夠顯著增強(qiáng)PA成像和CT成像信號(hào)，在腫瘤的多模態(tài)成像診斷和光熱治療結(jié)合方向具有重要的應(yīng)用前景。其制備過程簡(jiǎn)單、可控性好、能耗要求低、易于規(guī)?；a(chǎn)。其毒性低，具有良好的生物安全性。
【附圖說明】
[0018]圖1為實(shí)施例一步驟一得到白色三氧化二鉍納米球樣品的TEM圖；
[0019]圖2為實(shí)施例一得到的多孔Bi2Se3納米海綿材料的TEM圖；
[0020]圖3為實(shí)施例一步驟一得到白色三氧化二祕(mì)納米球樣品和多孔Bi2Se3納米海綿材料的XRD圖譜，其中1為白色三氧化二鉍納米球樣品，2為多孔Bi2Se3納米海綿材料；
[0021]圖4為實(shí)施例一得到的多孔Bi2Se3m米海綿材料的氮?dú)馕矫摳角€圖，其中1是吸附曲線，2是脫附曲線；
[0022]圖5為實(shí)施例一得到的多孔Bi2Se3納米海綿材料的孔徑分布圖；
[0023]圖6為不同濃度的實(shí)施例一得到的多孔Bi2Se3納米海綿材料的水溶液的紫外吸收光譜，其中1為濃度為10 μ g/mL，2為濃度為20 μ g/mL，3為濃度為30 μ g/mL，4為濃度為40 μ g/mL，5為濃度為50 μ g/mL，6為濃度為60 μ g/mL，7為濃度為80 μ g/mL，8為濃度為100 μ g/mL ；
[0024]圖7為不同濃度的實(shí)施例一得到的多孔Bi2Se3納米海綿材料的水溶液光熱升溫曲線圖，其中1為濃度為ο μ g/mL，2為濃度為10 μ g/mL，3為濃度為50 μ g/mL，4為濃度為100 μ g/mL, 5 為濃度為 200 μ g/mL ；
[0025]圖8為去離子水和實(shí)施例一得到的多孔Bi2Se3納米海綿材料的水溶液的光熱升溫冷卻曲線圖，其中1為去離子水，2為多孔Bi2Se3m米海綿材料的水溶液；
[0026]圖9為實(shí)施例一得到的多孔Bi2Se3納米海綿材料的水溶液激光關(guān)閉后冷卻階段時(shí)間常數(shù)(τ s)擬合圖；
[0027]圖10為實(shí)施例一得到的多孔Bi2Se3納米海綿材料的水溶液光熱升溫循環(huán)圖，其中1為激光開啟，2為激光關(guān)閉；
[0028]圖11為實(shí)施例一得到的多孔Bi2Se^米海綿材料的HUVEC和HeLa細(xì)胞毒性測(cè)試圖；其中1為HUVEC，2為HeLa ；
[0029]圖12為實(shí)施例一得到的多孔Bi2Se3m米海綿材料的光熱治療細(xì)胞活力圖，其中1為多孔Bi2Se3納米海綿材料濃度為0，2為多孔Bi 2Se3納米海綿材料濃度為2 μ g/mL, 3為多孔Bi2Se3納米海綿材料濃度為5 μ g/mL, 4為多孔Bi 2Se3納米海綿材料濃度為10 μ g/mL, 5為多孔Bi2Se3納米海綿材料濃度為20 μ g/mL, 6為多孔Bi 2Se3納米海綿材料濃度為40 μ g/mL, 7為多孔Bi2Se3納米海綿材料濃度為60 μ g/mL
[0030]圖13為實(shí)施例一得到的多孔Bi2Se3納米海綿材料的體外PA成像信號(hào)增強(qiáng)圖；
[0031]圖14為未注射實(shí)施例一得到的多孔Bi2Se3納米海綿材料的體內(nèi)PA成像圖；
[0032]圖15為注射實(shí)施例一得到的多孔Bi2Se3納米海綿材料1小時(shí)后的體內(nèi)PA成像圖；
[0033]圖16為注射實(shí)施例一得到的多孔Bi2Se3納米海綿材料6小時(shí)后的體內(nèi)PA成像圖；
[0034]圖17為實(shí)施例一得到的多孔Bi2Se3納米海綿材料的體外CT成像信號(hào)增強(qiáng)圖；
[0035]圖18