金屬離子銅摻雜的聚氨基吡咯復(fù)合納米粒子診療試劑、制備方法及其應(yīng)用
【專利摘要】一種金屬離子銅摻雜的聚氨基吡咯復(fù)合納米粒子診療試劑、制備方法及其在制備高效抑制腫瘤再生藥物或在制備腫瘤診斷治療試劑中的應(yīng)用，屬于功能材料技術(shù)領(lǐng)域。其首先是在水中溶解氨基吡咯單體，加入銅鹽充分溶解后再加入表面活性劑聚乙烯醇的水溶液，攪拌均勻加入鐵鹽，攪拌均勻后室溫下反應(yīng)6～24小時，得到復(fù)合納米粒子溶液；離心分離后得到銅離子摻雜的聚氨基吡咯復(fù)合納米粒子。本發(fā)明制備的金屬離子銅摻雜的聚氨基吡咯復(fù)合納米粒子集光熱治療、化療、核磁成像造影等多功能一體，可以充分發(fā)揮診療平臺在腫瘤診療方面的潛力，實現(xiàn)在癌癥診療領(lǐng)域的應(yīng)用。
【專利說明】
金屬離子銅摻雜的聚氨基吡咯復(fù)合納米粒子診療試劑、制備方法及其應(yīng)用
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明屬于功能材料技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種過渡金屬離子銅與聚氨基吡咯摻雜形成的復(fù)合納米粒子，該復(fù)合納米粒子具有良好的生物相容性，較低的毒性，可以集診斷治療成像于一體，能夠在制備高效抑制腫瘤再生藥物或在制備腫瘤診斷治療試劑方面得到應(yīng)用。
【背景技術(shù)】
[0002]惡性腫瘤也被稱為癌癥，由于其高的死亡率，已經(jīng)是威脅人類健康的第一殺手。傳統(tǒng)治療手法包括放療、化療和手術(shù)。但由于其嚴重的毒副作用，人們將目光投向了納米醫(yī)療。近兩三年來新興的光熱治療是利用某些納米粒子能夠?qū)⒐饽苻D(zhuǎn)化成熱能的性質(zhì)而發(fā)展起新的一種腫瘤對抗方法。光熱治療是利用激光照射納米粒子而產(chǎn)生升溫超過腫瘤細胞的耐受溫度，從而消滅癌細胞。一般采用650到980nm近紅外激光，對組織有更好的穿透深度，組織對近紅外光有較低的自吸收，所以能夠達到無損治療癌癥的目的。目前尤其是對于小的淺表性的腫瘤，光熱治療已經(jīng)展現(xiàn)出比傳統(tǒng)治療更好抗癌的效果。然而對于深組織腫瘤，由于組織散射增強，激光功率隨著組織深度增加而降低，限制了光熱試劑腫瘤抑制能力，另夕卜，經(jīng)過光熱治療的腫瘤面臨著復(fù)發(fā)的危險。而將光熱治療結(jié)合化療，可以獲得更好的效果，既提高試劑對腫瘤的抑制能力，又降低了對激光功率的依賴。光熱治療結(jié)合化療納米材料由于其結(jié)構(gòu)基元尺寸，能夠產(chǎn)生許多體相材料不具備的特殊物理化學(xué)性質(zhì)，這些性質(zhì)在醫(yī)療診斷領(lǐng)域具備著廣闊的應(yīng)用前景。利用成像診斷達到判斷腫瘤病變的位置和跟蹤治療的效果。在眾多的成像手段中，MRI是一種強大的和廣泛的臨床技術(shù)。此外，由于有豐富的生物氫含量，MRI對軟組織有更好的檢測，因此試劑可以通過MRI來成像。MRI成像的信號強弱主要取決于水含量及水分子中質(zhì)子的弛豫時間，病變組織與正常組織的成像區(qū)別主要是依據(jù)不同組織之間的縱向弛豫T1，橫向弛豫!^。在!^加權(quán)成像中T1圖像為白色，T2為黑色。利用顏色的亮暗來區(qū)分病變組織和正常的組織。
[0003]目前，聚合物基納米復(fù)合材料已經(jīng)在醫(yī)學(xué)診療領(lǐng)域展現(xiàn)出巨大的應(yīng)用前景，將在癌癥臨床治療領(lǐng)域發(fā)揮重要作用，但納米試劑在人體的安全代謝問題有待解決。另外，納米試劑的制備過程復(fù)雜，大量合成受到限制，還需要調(diào)控多方面性能，以解決納米復(fù)合物材料穩(wěn)定性、生物兼容性、毒性等問題，從而構(gòu)筑多功能診療平臺，實現(xiàn)診療一體化。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明提供了一種簡單易行的綠色合成方法，以水為溶劑使用具有良好生物兼容性的聚氨基吡咯，用地球上來源豐富的銅元素進行合成，材料簡單易得。形成的金屬離子銅摻雜的聚氨基吡咯復(fù)合納米粒子使得近紅外光區(qū)消光能力大幅增加，光熱轉(zhuǎn)化性能大幅增強，并且光熱性能穩(wěn)定。金屬離子與聚氨基吡咯復(fù)合納米粒子復(fù)合后，基于配位作用的金屬摻雜結(jié)構(gòu)還可以在刺激響應(yīng)的富有谷胱甘肽的腫瘤細胞環(huán)境下釋放金屬離子，進而殺死腫瘤細胞。再結(jié)合光熱治療和化療協(xié)同作用的基礎(chǔ)上，銅元素還有良好的!^增強信號可以進行核磁成像。由此構(gòu)筑一個聚合物摻金屬形成的多功能診療平臺，集光熱治療，化療，成像診斷于一體。另外，這種復(fù)合納米粒子的合成方法簡便，可以大規(guī)模制備。只需要在室溫條件下攪拌按照順序加入反應(yīng)原料即可在6?24小時內(nèi)大量的制備獲得多功能的復(fù)合材料，可節(jié)省大量人力物力。
[0005]本發(fā)明采用有良好生物兼容性的氨基吡咯為單體，在水溶液中通過氧化聚合的原理制備金屬離子銅摻雜的聚氨基吡咯復(fù)合納米粒子。通過控制氧化劑(三價鐵鹽)的用量來控制納米粒子的尺寸。通過引入銅離子摻雜可以獲得更好的!^成像效果，可以高效抑制腫瘤再生并且進行診斷治療，即能夠在制備高效抑制腫瘤再生藥物或在制備腫瘤診斷治療試劑方面得到應(yīng)用。
[0006]本發(fā)明采用的原料都是商業(yè)上可以直接買到的聚合物單體和無機鹽，不需要進一步處理，按照一定比例在水溶液中混合，室溫下攪拌即可大量的制備并獲得復(fù)合納米粒子，實驗操作簡便，毒性小，并且具有良好的實驗重復(fù)性。本發(fā)明所述方法適用于制備不同尺寸的金屬離子摻雜量的聚氨基吡咯復(fù)合納米粒子，只需要對金屬鹽的投入量進行控制即可。
[0007]本發(fā)明所述的一種集光熱治療，化療和成像診斷一體的診療試劑一一金屬離子銅摻雜的聚氨基吡咯復(fù)合納米粒子，其由如下步驟制備得到:
[0008](I)首先在水中溶解氨基吡咯單體，溶液顏色為無色，加入銅鹽充分溶解后再加入表面活性劑聚乙烯醇(PVA)的水溶液，溶液顏色為淡藍色，攪拌均勻加入鐵鹽，攪拌均勻后室溫下反應(yīng)6?24小時，溶液顏色由淡黃色轉(zhuǎn)變?yōu)樯钭厣?，得到?fù)合納米粒子溶液；
[0009](2)將步驟(I)所得復(fù)合納米粒子溶液離心(15000?25000r/min的轉(zhuǎn)速離心25?30min)，分離出摻雜了銅離子的聚氨基吡咯復(fù)合納米粒子，即為本發(fā)明所述的集光熱治療、化療和成像診斷一體的診療試劑。
[0010]在上述反應(yīng)體系中，氨基吡咯單體、銅鹽、鐵鹽和聚乙烯醇的摩爾比的摩爾比為1:2:5?8:0.5ο
[0011]本發(fā)明中使用的單體為氨基吡咯，可以在商業(yè)上直接購買；銅鹽為氯化銅、硝酸銅、硫酸銅等;鐵鹽為三氯化鐵、硝酸鐵、硫酸鐵等，表面活性劑PVA均可以從商業(yè)渠道得到，且均不需要進一步處理。
[0012]本發(fā)明制備的金屬離子銅摻雜的聚氨基吡咯復(fù)合納米粒子集光熱治療、化療、核磁成像造影等多功能一體，可以充分發(fā)揮診療平臺在腫瘤診療方面的潛力，實現(xiàn)在癌癥診療領(lǐng)域的應(yīng)用。
[0013]本發(fā)明中，復(fù)合納米粒子將光熱治療和化療相結(jié)合，利用聚氨基吡咯良好的光熱轉(zhuǎn)換性能和金屬銅的毒性，既提高了試劑對腫瘤的抑制能力，又降低了對激光功率的依賴，可以更有效的殺死癌細胞。并且金屬銅的良好!^相應(yīng)信號，可以檢測腫瘤并診斷，從而構(gòu)筑一個聚合物摻雜金屬元素形成多功能納米診療平臺。
【附圖說明】
[0014]圖1:實施例1所述將氨基吡咯單體0.5mmol溶解在120mL水中，加入氯化銅Immol和5mL、物質(zhì)的量濃度5 %的PVA(PVA的摩爾用量是0.25mmol)水溶液攪拌均勻以后加入氯化鐵4mmol，經(jīng)過室溫24小時攪拌，溶液經(jīng)過20000r/min的轉(zhuǎn)速離心20min富集，得到摻雜銅的平均粒徑尺寸為50nm的球形聚氨基吡咯復(fù)合納米粒子(a)透射電鏡照片，(b)紫外光譜。復(fù)合物在808nm處的吸收值為0.58Abs，光熱轉(zhuǎn)化效率為76.4%。
[0015]圖2:實施例2所述將氨基吡咯單體0.5mmol溶解在120mL水中，加入氯化銅Immol和5mL、物質(zhì)的量濃度5%的PVA水溶液攪拌均勻以后加入氯化鐵3.5mmol，經(jīng)過室溫24小時攪拌，溶液經(jīng)過20000r/min的轉(zhuǎn)速離心20min富集，得到摻雜銅的平均粒徑尺寸為40nm的球形聚氨基吡咯復(fù)合納米粒子(a)透射電鏡照片，(b)紫外光譜。復(fù)合物在808nm處的吸收值為
0.55Abs，光熱轉(zhuǎn)化效率為65.4%。
[0016]圖3:實施例3所述將氨基吡咯單體0.5mmol溶解在120mL水中，加入氯化銅Immol和5mL、物質(zhì)的量濃度5%的PVA水溶液攪拌均勻以后加入氯化鐵3mmoI，經(jīng)過室溫24小時攪拌，溶液經(jīng)過20000r/min的轉(zhuǎn)速離心20min富集，得到摻雜銅的平均粒徑尺寸為30nm的球形聚氨基吡咯復(fù)合納米粒子(a)透射電鏡照片，(b)紫外光譜。復(fù)合物在808nm處的吸收值為
0.52Abs，光熱轉(zhuǎn)化效率為56.6 %。
[0017]圖4:實施例4所述將氨基吡咯單體0.5mmol溶解在120mL水中，加入氯化銅Immol和5mL、物質(zhì)的量濃度5%的PVA水溶液攪拌均勻以后加入氯化鐵2.5mmol，經(jīng)過室溫24小時攪拌，溶液經(jīng)過20000r/min的轉(zhuǎn)速離心20min富集，得到摻雜銅的平均粒徑尺寸為20nm的球形聚氨基吡咯復(fù)合納米粒子(a)透射電鏡照片，(b)紫外光譜。復(fù)合物在808nm處的吸收值為
0.50Abs，光熱轉(zhuǎn)化效率為45.9 %。
[0018]圖5:實施例5所述將氨基吡咯單體0.5mmol溶解在120mL水中，加入氯化銅Immol和5mL、物質(zhì)的量濃度5%的PVA水溶液攪拌均勻以后加入氯化鐵4mmol，經(jīng)過室溫6小時攪拌，溶液經(jīng)過20000r/min的轉(zhuǎn)速離心20min富集，得到摻雜銅的平均粒徑尺寸為50nm的球形聚氨基吡咯復(fù)合納米粒子(a)透射電鏡照片，(b)紫外光譜。復(fù)合物在808nm處的吸收值為
0.44Abs，光熱轉(zhuǎn)化效率為40.4%。
[0019]圖6:實施例6所述將氨基吡咯單體0.5mmol溶解在120mL水中，加入氯化銅Immol和5mL、物質(zhì)的量濃度5%的PVA水溶液攪拌均勻以后加入氯化鐵4mmol，經(jīng)過室溫8小時攪拌，溶液經(jīng)過20000r/min的轉(zhuǎn)速離心20min富集，得到摻雜銅的平均粒徑尺寸為50nm的球形聚氨基吡咯復(fù)合納米粒子(a)透射電鏡照片，(b)紫外光譜。復(fù)合物在808nm處的吸收值為
0.48Abs，光熱轉(zhuǎn)化效率為44.1 %。
[0020]圖7:實施例7所述將氨基吡咯單體0.5mmol溶解在120mL水中，加入氯化銅Immol和5mL、物質(zhì)的量濃度5 %的PVA水溶液攪拌均勻以后加入氯化鐵4mmoI，經(jīng)過室溫12小時攪拌，溶液經(jīng)過20000r/min的轉(zhuǎn)速離心20min富集，得到摻雜銅的平均粒徑尺寸為50nm的球形聚氨基吡咯復(fù)合納米粒子(a)透射電鏡照片，(b)紫外光譜。復(fù)合物在808nm處的吸收值為0.52Abs，光熱轉(zhuǎn)化效率為56.6 %。
[0021]圖8:實施例8所述將氨基吡咯單體0.5mmol溶解在120mL水中，加入氯化銅Immol和5mL、物質(zhì)的量濃度5%的PVA水溶液攪拌均勻以后加入氯化鐵4mmoI，經(jīng)過室溫24小時攪拌，得到摻雜銅的平均粒徑尺寸為50nm的球形聚氨基吡咯復(fù)合納米粒子水溶液，調(diào)節(jié)聚氨基吡咯納米粒子在水溶液濃度從O?300yg/mL，并放置于1.5T的磁場下得到Tl加權(quán)的核磁成像照片，表明納米粒子溶液造影能力隨著濃度增加而增加。
[0022]圖9:實施例9所述將氨基吡咯單體0.5mmol溶解在120mL水中，加入氯化銅Immol和5mL、物質(zhì)的量濃度5%的PVA水溶液攪拌均勻以后加入氯化鐵4mmoI，經(jīng)過室溫24小時攪拌，得到摻雜銅的平均粒徑尺寸為50nm的球形聚氨基吡咯復(fù)合納米粒子水溶液，調(diào)節(jié)聚氨基吡咯納米粒子在水溶液濃度從300?600yg/mL，并放置于1.5T的磁場下得到Tl加權(quán)的核磁成像照片，表明納米粒子溶液造影能力隨著濃度增加而減少。
[0023]結(jié)合圖8及圖9，說明了在1.5T的磁場下得到Tl加權(quán)的核磁成像照片，聚氨基吡咯納米粒子在水溶液濃度在300yg/mL造影能力最強，可以用300yg/mL進行核磁成像，達到更好的成像診斷腫瘤的效果。
【具體實施方式】
[0024]下面結(jié)合實施例對本發(fā)明做進一步的闡述，而不是要以此對本發(fā)明進行限制。
[0025]實施例1
[0026]41.5mg氨基吡咯溶解在120mL水中，加入17.1mg二水合氯化銅，充分溶解后再加入5mL、物質(zhì)的量濃度為5%的PVA水溶液攪拌均勻后加入108.2mg六水合三氯化鐵，攪拌均勻后室溫下反應(yīng)24小時，溶液經(jīng)過20000r/min的轉(zhuǎn)速離心20min富集，得到摻雜銅的平均粒徑尺寸為50nm的球形聚氨基卩比略復(fù)合納米粒子，產(chǎn)物質(zhì)量約為10.0 ± 0.2mg。
[0027]實施例2
[0028]41.5mg氨基吡咯溶解在120mL水中，加入17.1mg二水合氯化銅，充分溶解后再加入物質(zhì)的量濃度5 %的PVA水溶液攪拌均勻后加入94.7mg六水合三氯化鐵，攪拌均勻后室溫下反應(yīng)24小時，溶液經(jīng)過20000r/min的轉(zhuǎn)速離心20min富集，得到摻雜銅的平均粒徑尺寸為40nm的球形聚氨基卩比略復(fù)合納米粒子，產(chǎn)物質(zhì)量約為9.2 ± 0.2mg。
[0029]實施例3
[0030]41.5mg氨基吡咯溶解在120mL水中，加入17.1mg二水合氯化銅，充分溶解后再加入物質(zhì)的量濃度5%的PVA水溶液攪拌均勻后加入81.2mg六水合三氯化鐵，攪拌均勻后室溫下反應(yīng)24小時，溶液經(jīng)過20000r/min的轉(zhuǎn)速離心20min富集，得到摻雜銅的平均粒徑尺寸為30nm的球形聚氨基卩比略復(fù)合納米粒子，產(chǎn)物質(zhì)量約為8.6 ± 0.2mg。
[0031 ] 實施例4
[0032]41.5mg氨基吡咯溶解在120mL水中，加入17.1mg二水合氯化銅，充分溶解后再加入物質(zhì)的量濃度5%的PVA水溶液攪拌均勻后加入67.7mg六水合三氯化鐵，攪拌均勻后室溫下反應(yīng)24小時，溶液經(jīng)過20000r/min的轉(zhuǎn)速離心20min富集，得到摻雜銅的平均粒徑尺寸為20nm的球形聚氨基卩比略復(fù)合納米粒子，產(chǎn)物質(zhì)量約為7.5 ± 0.2mg。
[0033]實施例5
[0034]41.5mg氨基吡咯溶解在120mL水中，加入17.1mg二水合氯化銅，充分溶解后再加入物質(zhì)的量濃度5%的PVA水溶液攪拌均勻后加入108.2mg六水合三氯化鐵，攪拌均勻后室溫下反應(yīng)6小時，溶液經(jīng)過20000r/min的轉(zhuǎn)速離心20min富集，得到摻雜銅的平均粒徑尺寸為50nm的球形聚氨基卩比略復(fù)合納米粒子，產(chǎn)物質(zhì)量約為4.5 ± 0.2mg。
[0035]實施例6
[0036]41.5mg氨基吡咯溶解在120mL水中，加入17.1mg二水合氯化銅，充分溶解后再加入物質(zhì)的量濃度5%的PVA水溶液攪拌均勻后加入108.2mg六水合三氯化鐵，攪拌均勻后室溫下反應(yīng)8小時，溶液經(jīng)過20000r/min的轉(zhuǎn)速離心20min富集，得到摻雜銅的平均粒徑尺寸為50nm的球形聚氨基卩比略復(fù)合納米粒子，產(chǎn)物質(zhì)量約為6.8 ± 0.2mg。
[0037]實施例7
[0038]41.5mg氨基吡咯溶解在120mL水中，加入17.1mg二水合氯化銅，充分溶解后再加入物質(zhì)的量濃度5%的PVA水溶液攪拌均勻后加入108.2mg六水合三氯化鐵，攪拌均勻后室溫下反應(yīng)12小時，溶液經(jīng)過200001'/111；[11的轉(zhuǎn)速離心201]1；[11富集，得到摻雜銅的平均粒徑尺寸為50nm的球形聚氨基卩比略復(fù)合納米粒子，產(chǎn)物質(zhì)量約為8.2 ± 0.2mg。
[0039]實施例8
[0040]41.5mg氨基吡咯溶解在120mL水中，加入17.1mg二水合氯化銅，充分溶解后再加入物質(zhì)的量濃度5%的PVA水溶液攪拌均勻后加入108.2mg六水合三氯化鐵，攪拌均勻后室溫下反應(yīng)24小時，得到摻雜銅的平均粒徑尺寸為50nm的球形聚氨基吡咯復(fù)合納米粒子。
[0041 ]然后將得到的復(fù)合納米粒子溶于水中，調(diào)節(jié)復(fù)合納米粒子在水溶液中的濃度從O?300yg/mL，并放置于1.5T的磁場下得到Tl加權(quán)的核磁成像照片(共有6幅照片，每幅照片對應(yīng)的復(fù)合納米粒子在水溶液中的濃度數(shù)值依次是O、60、120、180、240、300yg/mL)。
[0042]實施例9
[0043]41.5mg氨基吡咯溶解在120mL水中，加入17.1mg二水合氯化銅，充分溶解后再加入物質(zhì)的量濃度5%的PVA水溶液攪拌均勻后加入108.2mg六水合三氯化鐵，攪拌均勻后室溫下反應(yīng)24小時，得到摻雜銅的平均粒徑尺寸為50nm的球形聚氨基吡咯復(fù)合納米粒子。
[0044]然后將得到的復(fù)合納米粒子溶于水中，調(diào)節(jié)復(fù)合納米粒子在水溶液中的濃度從300?600yg/mL，并放置于1.5T的磁場下得到Tl加權(quán)的核磁成像照片(共有6幅照片，每幅照片對應(yīng)的復(fù)合納米粒子在水溶液中的濃度數(shù)值依次是300、360、420、480、540、600yg/mL)。
【主權(quán)項】
1.一種金屬離子銅摻雜的聚氨基吡咯復(fù)合納米粒子診療試劑的制備方法，其步驟如下:(1)首先在水中溶解氨基吡咯單體，加入銅鹽充分溶解后再加入表面活性劑聚乙烯醇的水溶液，攪拌均勻加入鐵鹽，攪拌均勻后室溫下反應(yīng)6?24小時，得到復(fù)合納米粒子溶液； (2)將步驟(I)所得復(fù)合納米粒子溶液離心，分離后得到銅離子摻雜的聚氨基吡咯復(fù)合納米粒子。2.如權(quán)利要求1所述的一種金屬離子銅摻雜的聚氨基吡咯復(fù)合納米粒子診療試劑的制備方法，其特征在于:氨基吡咯單體、銅鹽、鐵鹽和聚乙烯醇的摩爾比為1:2:5?8:0.5。3.如權(quán)利要求1所述的一種金屬離子銅摻雜的聚氨基吡咯復(fù)合納米粒子診療試劑的制備方法，其特征在于:銅鹽為氯化銅、硝酸銅或硫酸銅。4.如權(quán)利要求1所述的一種金屬離子銅摻雜的聚氨基吡咯復(fù)合納米粒子診療試劑的制備方法，其特征在于:鐵鹽為三氯化鐵、硝酸鐵或硫酸鐵。5.一種金屬離子銅摻雜的聚氨基吡咯復(fù)合納米粒子診療試劑，其特征在于:是由權(quán)利要求I?4任何一項所述的方法制備得到。6.權(quán)利要求5所述的一種金屬離子銅摻雜的聚氨基吡咯復(fù)合納米粒子診療試劑在制備高效抑制腫瘤再生藥物或在制備腫瘤診斷治療試劑中的應(yīng)用。
【文檔編號】A61K9/51GK105854034SQ201610462911
【公開日】2016年8月17日
【申請日】2016年6月23日
【發(fā)明人】張皓, 李書瑤, 劉樹威, 楊柏
【申請人】吉林大學(xué)