一种温度响应性缓释氧气的纳米复合材料及其制备方法和应用与流程

本发明涉及纳米生物材料技术领域，具体涉及一种温度响应性缓释氧气的纳米复合材料及其制备方法和应用。

背景技术：

缺氧微环境是实体肿瘤的重要特征。在缺氧条件下，肿瘤细胞会分泌多种血管生长因子以促进异常血管的形成。同时为了寻找更佳适宜的土壤，肿瘤细胞的侵袭与转移能力也会得到进一步的提高。此外，缺氧微环境使肿瘤的恶性程度进一步提高，导致肿瘤细胞对化疗药物或放射治疗不敏感。缺氧微环境是肿瘤不良预后的重要因素。通过改善肿瘤缺氧微环境有望成为提高实体肿瘤疗效的新方法。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种温度响应性缓释氧气的纳米复合材料及其制备方法，该纳米复合材料具有温度响应性，在体内环境温度或给予肿瘤局部热敷、低能超声波辐照下可释放氧气，可用于改善肿瘤缺氧微环境。

为了达到上述目的，本发明提供了一种温度响应性缓释氧气的纳米复合材料，该纳米复合材料以空心介孔氧化硅纳米粒子为载体，在空心介孔氧化硅纳米粒子的内部负载高铁酸钾，空心介孔氧化硅纳米粒子还负载有用于堵塞所述高铁酸钾的水不溶性的温度敏感化合物。空心介孔氧化硅纳米粒子具有生物相容性，内部为空腔，并具有介孔通道，适合用于药物的控制释放。温度敏感化合物(temperaturesensitivecompounds，tsc)熔点为在28-45℃之间，在体外环境(4-35℃)中为固体，起到堵塞介孔孔道的作用，当该纳米复合材料进入体内(≥37℃)后，可以利用热敷或超声波辐照，使人体温度达到37-45℃，tsc可以在体内融化为液体，并从孔道中扩散出来，tsc的释放使得介孔氧化硅材料内部的高铁酸钾(k2feo4)与肿瘤局部的水分接触，高铁酸钾与水分接触后立即相互作用，产生出氧气，氧气的释放有利于增加纳米材料周围的氧分压，从而有助于改善肿瘤局部的缺氧微环境。高铁酸钾是极好的氧化剂，与水接触后反应产生氧气的具体的反应过程为：

4k2feo4+4h2o═2fe2o3+8koh+3o2↑。

较佳地，以所述的空心介孔氧化硅纳米粒子的质量为100％计，所述的空心介孔氧化硅纳米粒子中高铁酸钾的负载量为1-20％。

较佳地，所述的水不溶性的温度敏感化合物选择1-十三醇、月桂酸、十八烷中的任意一种或多种的组合物。

上述温度响应性缓释氧气的纳米复合材料的制备方法，包含以下步骤：(1)制备空心介孔氧化硅纳米粒子；(2)空心介孔氧化硅纳米粒子加入到高铁酸钾水溶液中，加入的空心介孔氧化硅纳米粒子与高铁酸钾水溶液中高铁酸钾的质量比为(20～100):1；混合1～6h，静置、离心，得到的沉淀经水洗后真空干燥，获得负载高铁酸钾的空心介孔氧化硅纳米材料；(3)将所述的温度敏感化合物溶解于有机溶剂中，将负载高铁酸钾的空心介孔氧化硅纳米材料分散于上述溶解有温度敏感化合物的溶剂中；负载高铁酸钾的空心介孔氧化硅纳米材料与所述的温度敏感化合物质量比为1:5；混合6～12h，离心后用有机溶剂冲洗固体物质并真空干燥，获得负载高铁酸钾和温度敏感化合物的温度响应性缓释氧气的纳米复合材料。

较佳地，上述步骤(2)中所述的空心介孔氧化硅纳米粒子与所述的高铁酸钾水溶液中高铁酸钾的质量比为50:1。

较佳地，所述的高铁酸钾水溶液由高铁酸钾溶于ph为11-13的缓冲溶液中得到。

较佳地，所述的高铁酸钾水溶液中高铁酸钾的浓度为0.1-5mg/ml。

较佳地，所述的有机溶剂包含甲醇、乙醇或四氢呋喃中的任意一种。

较佳地，所述的温度敏感化合物浓度为1-50mg/ml。

利用所述的温度响应性缓释氧气的纳米复合材料制备的制剂可用于改善肿瘤缺氧微环境。

本发明的温度响应性缓释氧气的纳米复合材料载体选择具有生物相容性的空心介孔氧化硅纳米粒子，制备方法简单，体内环境下温度敏感化合物融化，高铁酸钾与水接触反应可生成氧气，具有改善肿瘤缺氧微环境的作用。

附图说明

图1为本发明的温度响应性缓释氧气的纳米复合材料释放氧气原理的示意图。

图2为实施例1的温度响应性缓释氧气的纳米复合材料在25℃和37℃的pbs缓冲溶液(ph7.4)中的溶氧释放曲线。

具体实施方式

以下结合附图和实施例对本发明的技术方案做进一步的说明。

实施例1

1.制备空心介孔氧化硅纳米粒子(hollowmesoporoussilica，hms)：

步骤1.1：

无水乙醇(74ml)、去离子水(10ml)和氨水(3.14ml)放入30℃恒温水浴锅中进行磁力搅拌，混合均匀后作为后续反应的前驱体反应液；将正硅酸乙酯(teos，6ml)迅速加入上述前驱体反应液中，并在30℃下反应1h得到乳白色的胶体溶液；

将白色胶体溶液离心，并用乙醇洗几次，真空干燥后即可得到实心氧化硅纳米粒子(solidsilicananoparticles,ssns)；

将制备出的ssns(200mg)分散到40ml去离子水中，并超声15min；于此同时，将十六烷基三甲基溴化铵(c16tab，300mg)、去离子水(60ml)、无水乙醇(60ml)和氨水(1.3ml)均匀混合并搅拌30min后，全部加入超声后的实心氧化硅纳米粒子(ssns)悬浮液中并继续超声1h得到混合液；

超声结束后，将正硅酸乙酯(teos，0.53ml)快速加入上述混合液中，并在室温下保持反应7h，从而在实心氧化硅纳米粒子(ssns)外面形成介孔氧化硅壳层(mesoporoussilicashells,msss)，命名为ssns@msss；

反应结束后，将离心得到的ssns@msss固体产物重新分散到na2co3水溶液中(0.4m，20ml)；将分散后的溶液置于50℃恒温水浴条件下反应13h，利用实心氧化硅和介孔氧化硅的结构差异，实心二氧化硅对碱性溶液更敏感，会在碳酸钠溶液中分解，而介孔氧化硅壳层不会被碳酸钠碱性溶液分解，从而获得了具有空心结构的介孔氧化硅纳米载体材料。反应结束后将反应液冷却至室温并收集离心产物；离心产物经去离子水和乙醇洗涤后进行真空干燥形成粉末。

步骤1.2：

将步骤1.1得到的粉末(0.5g)加入到硝酸铵(0.2g)和乙醇溶液(95％，75ml)的混合液中，在60℃下搅拌5h，经离心后分离获得固体物质，用大量乙醇清洗，并冷冻干燥；

按照上述步骤重复几次至介孔孔道内的表面活性剂(c16tab)完全去除，即可得到空心介孔氧化硅纳米材料，标记为hms。

2.制备负载高铁酸钾的空心介孔氧化硅纳米材料(k@hms)：

配置ph为12的磷酸缓冲溶液(pbs，ph12)，将10mg高铁酸钾溶于10mlpbs溶液(ph12)中配置为1mg/ml的高铁酸钾水溶液；

将步骤1制得的hms(0.5g)分散到上述溶液中，磁力搅拌3h，停止搅拌后，将上述溶液静置50分钟，之后离心，pbs洗，真空干燥，即可得到负载高铁酸钾的hms，记为k@hms。

3.制备负载高铁酸钾和1-十三醇的氧化硅复合材料(k@hms-tsc)：

将0.1g1-十三醇分散到10ml甲醇溶液中(1-十三醇浓度为10mg/ml)，将步骤2得到的k@hms粉体20mg分散到上述1-十三醇的甲醇溶液中，将混合液磁力搅拌8h，产物经离心，甲醇洗，真空干燥，即可得到目标产物，即负载高铁酸钾和1-十三醇的氧化硅复合材料，该化合物为温度响应性缓释氧气的纳米复合材料，记为k@hms-tsc。

本发明的原理如图1所示，使hms空腔内负载高铁酸钾，介孔通道负载温度敏感化合物(tsc)，则温度敏感化合物(tsc)会将空腔内的高铁酸钾堵塞，此时获得同时负载高铁酸钾和温度敏感化合物(tsc)的k@hms-tsc；在体外环境下(4-35℃)，由于温度较低，未达到tsc的熔点，hms孔内的高铁酸钾无法和水接触；进入体内后，tsc达到熔点(37-45℃)后融化，高铁酸钾与水接触反应产生氧气。

对制得的k@hms-tsc在不同温度下释放氧气的性能进行检测，方法如下：

步骤1：

配置温度分别为25℃和37℃的pbs缓冲溶液(ph7.4)，并分别置于25℃和37℃的恒温加热器中，保持pbs溶液温度分别维持在25℃和37℃；在氮气保护下抽真空，脱除溶液中的溶解氧。

步骤2：

将实施例1制得的k@hms-tsc粉末(浓度为0.5mg/ml)分别分散到步骤1配置的不同温度的pbs缓冲溶液(20ml)中，用溶解氧测定仪分别在不同时间点检测溶液中的溶解氧情况，以检测所制得的k@hms-tsc的温度响应性释放氧气的性能。

实验结果如图2所示，37℃时，溶解氧可达到7mg/l，约为25℃时pbs缓冲液中溶解氧浓度的2倍。氧气为缓慢释放，30分钟时37℃的pbs溶液中溶解氧仍具有较高浓度。

综上所述，本发明的温度响应性缓释氧气的纳米复合材料，利用负载高铁酸钾和温度敏感化合物的氧化硅复合材料实现了温度响应性缓释氧气，因此具有改善肿瘤缺氧微环境的应用前景。

尽管本发明的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本发明的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本发明的多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本发明的保护范围应由所附的权利要求来限定。