一种核壳结构纳米复合材料及其制备方法与应用
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种纳米复合材料，尤其是涉及一种核壳结构纳米复合材料及其制备 方法与应用。
【背景技术】
[0002] 水溶性顺磁性的纳米材料，可以作为核磁共振造影剂，顺磁性的金属离子包括 Fe3+、Fe 2+、Gd3+和Dy 3+。其中Gd3+有7个未成对电子，自旋磁矩大，电场对称，弛豫率高，易与 水配位，且配位水分子为8-9个，是造影剂的较佳选择。MRI技术能够十分有效地显示出软 组织的解剖学细节，而造影剂能够使图像更清楚，从而实现生理活动的实时观察。
[0003] Ba基的造影剂是一种很传统并且在临床上已经广泛应用的CT造影剂，Ba元素具 有较大的原子序数（Z Ba= 56)，X-ray衰减系数大，具有很好的CT造影效果，可以用来制备 CT造影剂。
[0004] 介孔二氧化硅纳米材料骨架结构稳定，孔径规则，表面富含羟基易于修饰，可以有 效地装载和运输不同大小及各种类型的药物。多功能化的介孔二氧化硅具有很好的生物相 容性和稳定的化学性质，可以加以修饰靶向分子、荧光分子、化学药物等，制备成多功能化 的药物运输体系。
[0005] 光动力学疗法（Photodynamic Therapy，TOT)是继手术治疗，放疗化疗之后的又一 种崭新的疗法。它是利用光动力学效应进行疾病诊断和治疗的一种新技术。这是一种有氧 分子参与的伴随生物效应的光敏化反应。其过程是：用特定波长的激光照射，使光敏剂受到 激发，激发态的光敏剂把能量传递给周围的氧，生成活性很强的活性氧，单线态氧使相邻的 生物大分子发生氧化反应，从而导致细胞受损乃至死亡。
[0006] 光热治疗（Photothermal therapy，PTT)是一种能够通过光热转换试剂将近红外 光转化成为热量，用于治疗疾病的一种方法。通常作为光热转换试剂纳米材料是一种能吸 收某种光特别是近红外光，通过等离子体共振或者能量跃迀带产生的热，从而在局部导致 尚温，最终杀死肿瘤细胞的功能材料。
【发明内容】
[0007] 本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种核壳结构纳米 复合材料及其制备方法与应用。
[0008] 本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
[0009] -种核壳结构纳米复合材料，该复合材料以BaGdF5纳米晶为核，以介孔二氧化 娃为壳，并在介孔二氧化娃的表面修饰光敏剂二羟基娃酞菁（Silicon phthalocyanine dihydroxide，SPO))和革巴向剂透明质酸。
[0010] 所述的复合材料的粒径为60-70nm，核的粒径为13-17nm，且粒径均匀，分散性好， 具有优良的生物相容性，载药量大，T 1加权成像和CT成像效果好。
[0011] -种核壳结构纳米复合材料的制备方法，包括以下步骤：
[0012] (1)制备纳米粒子BaGdF5;
[0013] (I. 1)在NaOH水溶液中加入乙醇、油酸、油胺，搅拌得到均匀的溶液；
[0014] (1. 2)将 Gd(NO3)3 ? 6H20、BaCl2 ? 2H20、NH4F 的水溶液依次加入到（I. 1)所得混合 溶液，搅拌，得到胶体溶液；
[0015] (1. 3)将（1. 2)得到的胶体溶液转移至带聚四氟乙烯内衬的高温高压反应釜中， 200 °C -220 °C 反应 30-40h，得到纳米粒子 BaGdF5;
[0016] (1. 4)将（1. 3)中得到的纳米粒子BaGdF5,用乙醇和正己烷的混合液离心洗涤3 次，并将所得到的BaGdF 5分散到氯仿中，得到油溶性BaGdF 5纳米粒子；
[0017] (1. 5)将步骤（1. 4)中的油溶性BaGdF5纳米粒子滴加入十六烷基三甲基溴化铵 水溶液中，搅拌2-3小时，加热至50°C -70°C，保持5-15分钟，蒸出有机溶剂，得到水溶性 BaGdF5纳米粒子。
[0018] 优选的，步骤（I. 1)中，油酸、油胺、乙醇、氢氧化钠的用量比是40mL:3mL:24mL: I. 2g ;步骤（1. 2)中，Gd、Ba、F三种元素的用量摩尔比为1:1:5 ;步骤（1. 5)中，8&6(^5与 十六烷基三甲基溴化铵的加入配比为lmmol :16-20g。
[0019] (2)在纳米粒子BaGdF^面包覆介孔二氧化娃，得到表面包覆有介孔二氧化硅的 BaGdFjR米粒子，即BaGdF 5OmSiO2纳米粒子；
[0020] (2. 1)将含有水溶性BaGdF5纳米粒子的溶液在50-70°C条件下，pH值调节至8-9， 依次加入正硅酸四乙酯和乙酸乙酯，然后再加入3-氨基丙基-三乙氧基硅烷，保持反应液 温度至50°C -70°C，搅拌10-24小时，使BaGdF5纳米粒子表面包覆介孔二氧化硅；
[0021] (2. 2)将步骤（2. 1)得到的产物冷却，用乙醇离心洗涤6次，将得到的产物分散在 二次水中。
[0022] 优选的，步骤（2. 1)中，BaGdF5、正硅酸四乙酯、乙酸乙酯及3-氨基丙基-三乙氧 基硅烷的加入配比为lmmol :4-8mL :25-40mL :0. 5-3mL ;步骤（2. 2)中，BaGdF5和乙醇的用 量比为 lmmol :500mL。
[0023] (3)将SP⑶溶于N，N-二甲基甲酰胺中，得到的SP⑶溶液逐滴滴加到表面包覆有 介孔二氧化硅的BaGdFjfi米粒子溶液中，避光反应10-24小时，离心洗涤，得到表面修饰有 光敏剂SP⑶的BaGdFjfi米粒子，即表面修饰有光敏剂SP⑶的BaGdF 5@mSi02纳米粒子；
[0024] 优选的，SPCD和N，N-二甲基甲酰胺的用量比为15mg :10mL ;SPCD与BaGdF5的用 量比为 60mg :lmmol〇
[0025] 本发明中，SP⑶的结构式如下：
[0026]
[0027] (4)在步骤（3)所得表面修饰有光敏剂SPCD的BaGdF5纳米粒子的表面继续修饰 靶向剂透明质酸，得到目标产物核壳结构纳米复合材料：
[0028] 将1-乙基-(3-二甲基氨基丙基）碳酰二亚胺盐酸、N-羟基丁二酰亚胺溶于 2-(N-吗啉）乙磺酸一水合物（MES)缓冲溶液中，依次加入透明质酸（HA)、表面修饰有光敏 剂SP⑶的BaGdF 5@mSi02m米粒子，避光反应6小时，反应后溶液用二次水透析24h，最后用 旋转蒸发仪浓缩即可得到目标产物核壳结构纳米复合材料；
[0029] 优选的，2-(N-吗啉）乙磺酸一水合物缓冲溶液的浓度为0? 5M，1-乙基-(3-二甲 基氨基丙基）碳酰二亚胺盐酸、N-羟基丁二酰亚胺、透明质酸与2-(N-吗啉）乙磺酸一水 合物溶液的用量比为8-10mg :8-10mg :10mg :5mL ;透明质酸与BaGdFj^加入配比为50mg : 0. 025-0. 05mol。
[0030] 上述核壳结构纳米复合材料为光敏剂直接键合修饰的核壳结构纳米复合材料，可 以应用在制备核磁共振造影剂及CT造影剂中。
[0031] 上述光敏剂直接键合修饰的核壳结构纳米复合材料可以应用在药物载体中。
[0032] 上述光敏剂直接键合修饰的核壳结构纳米复合材料可以应用在光热及光动力疗 法治疗肿瘤。
[0033] 与现有技术相比，本发明通过溶剂热法制备油溶性的五氟钆钡纳米粒子，并对油 溶性的五氟钆钡纳米粒子进行水溶性改性，再通过溶胶凝胶法包覆介孔二氧化硅，其表面 有大量的氨基可以结合靶向分子HA，同时在介孔二氧化硅的表面可以键合光敏剂SPCD。所 得到的纳米材料同时具有核磁造影、CT造影、光热治疗、光动力治疗的功能。通过键合靶向 剂HA，改善材料水溶性的同时，也使材料具有一定的革El向性。所合成的纳米复合材料在肿瘤 的成像及治疗方面具有潜在的应用前景。
[0034] 该复合材料表面裸露的Si-O键可同光敏剂SP⑶（二羟基硅酞菁）所带的基团 Si-OH发生水解反应，使光敏剂通过共价作用直接键合到二氧化硅的表面。SP⑶在660nm 的激光激发下可以产生单线态氧，可用于光动力学治疗。同时，SP⑶在808nm的激光照射 下可以将光能转换成热能。两种疗法结合可以更有效地杀死癌细胞。同时在材料的表面键 合HA(透明质酸）改善其生物相容性，延长体内循环时间。并且HA是一种常用的靶向分 子，可以在治疗过程中特异性的靶向到癌细胞，比如：HeLa，并且结合光热、光动力协同治疗 有效地杀死癌细胞。该材料有望作为一种集诊断治疗于一体的多功能材料，将在纳米医学 领域得到进一步的研究和应用。
【附图说明】
[0035] 图1是实施例1中制备BaGdF5OmSiO2-SP⑶-HA的制备流程图。
[0036] 图2是实施例1中制得的BaGdF5的XRD。
[0037] 图3是实施例1中制得的BaGdF5的TEM图像。
[0038] 图4是实施例1中制得的BaGdF5OmSiO^ TEM图像。
[0039] 图5是实施例1中制得的BaGdF5OmSiO2的粒径分布。
[0040] 图6是实施例2中BaGdF5OmSiO2-SPCD-HA的单线态氧检测图谱。
[0041] 图7是实施例3中不同浓度BaGdF5OmSiO2-SPCD-HA的光热曲线。
[0042] 图8是实施例3中BaGdF5OmSiO2-SPCD-HA的光热循环曲线。
[0043] 图9是实施例3中BaGdF5OmSiO2-SP⑶-HA的光热前后的紫外可见光谱。
[0044] 图10是实施例4中BaGdF5OmSiO2-SPCD-HA的T 1核磁成像图。
[0045] 图11是HeLa细胞的光热治疗效果对比图。
[0046] 图12是HeLa细胞的光动力治疗效果对比图。
【具体实施方式】
[0047] 下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。
[0048] 实施例1
[0049] 按照如图1所示的制备流程图制备光敏剂直接键合修饰的核壳结构纳米复合材 料，简写为BaGdF5@mSi0 2-SPCD-HA。包括以下步骤：
[0050] (1)在容量为150mL的烧杯加入I. 2gNa0H，4mL二次水，24mL无水乙醇，40mL油酸， 3mL 油胺，搅拌均勾，然后依次加入 ImmolGd(NO3)3 .GH2CKlmmolBaCl2 CH2CKSmmolNH4F,搅拌 30min，转移至聚四氟乙烯内村的反应釜中，随后将反应釜密封置于220°C氛围中反应36h， 冷却至室温后倒出上层液体，得到沉在反应釜底部的产物。用乙醇与正己烷的混合液洗涤 产物2~3次，制得油溶性GdBaF 5纳米粒子并置于氯仿（CHCl 3)中保存。
[0051] (2)称取400mg的十六烷基三甲基溴化铵（CTAB)，溶于20mLH20中，制得十六烷 基三甲基溴化铵水溶液，将步骤（1)中的含有GdBaF 5纳米粒子的CHCl 3溶液ImL (浓度为 0. 025-0. 05mmol/mL)，滴加至十六烷基三甲